תא הסעה

תא הסעה הוא תופעה בדינמיקת הזורמים שמתרחשת כאשר קיימים הפרשי צפיפות בתוך גוף של נוזל או גז. הפרשי צפיפות אלה גורמים לזרמים עולים ו/או יורדים, ותנועה זו מאפיינת תא הסעה. כאשר נוזל מחומם הוא מתפשט וצפיפותו יורדת, ויכולת הציפה שלו ביחס לנוזל המקיף אותו עולה. החלק הקר יותר בנוזל יורד ושוקע אל מתחת לנוזל החם, מה שגורם לנוזל החם לעלות. תנועה זאת נקראת הסעה, והאזור הנע שבנוזל נקרא תא הסעה. סוג מסוים זה של הסעה, שבו שכבה אופקית של נוזל מחוממת מלמטה, ידוע בשם הסעת ריילי-בנרד (Rayleigh–Bénard convection). הסעה לרוב דורשת שדה כבידתי, אך גם בניסויים במצב של חוסר משקל נצפתה הסעה תרמית. חומרים שמוגדרים כנוזלים הם חומרים שיכולים לזרום, תכונה זאת אופיינית לנוזלים, אך תכונות זרימה נראות גם בגזים ואפילו במוצקים חלקיקיים כמו חול, חצץ, וגופים גדולים יותר כמו מפולת סלעים. תא הסעה הוא משמעותי בתהליך היווצרות עננים בכך שהוא משחרר ומוביל אנרגיה. כשהאוויר זורם קרוב לקרקע הוא סופג חום, צפיפותו יורדת והוא נע מעלה לאטמוספירה. כשהוא מגיע לאזורים שבהם לחץ האוויר נמוך, הוא לא יכול להכיל את אותה כמות מים כמו בגובה נמוך, והלחות שבו משתחררת לאוויר בצורת גשם. בתהליך זה האוויר מתקרר, צפיפותו עולה, הוא צונח כלפי האדמה והתנועה בתא ההסעה חוזרת על עצמה. תאי הסעה יכולים להיווצר בכל נוזל, כולל באטמוספירה של כדור הארץ (שבה הם נקראים תאי האדלי (Hadley cell)), מים רותחים, קערת מרק (שבה ניתן לזהות את התאים על ידי החלקיקים שהם מובילים, כגון גרגרי אורז), אוקיינוסים, או פני השטח של השמש. גודלם של תאי הסעה נקבע במידה רבה על ידי המאפיינים של הנוזל. תאי הסעה עשויים להיווצר גם כשהנוזל מחומם בצורה אחידה. גוף עולה של נוזל בדרך כלל מאבד חום כשהוא נתקל במשטח קר, והוא מחליף חום עם הנוזל הקר בחילוף ישיר, או על ידי הקרנת חום כמו באטמוספירה של כדור הארץ. בשלב מסוים הנוזל הופך לצפוף יחסית לנוזל המתחמם שמתחתיו, שעדיין נמצא בעלייה. היות שהנוזל הקר לא יכול לרדת דרך הנוזל החם העולה, הוא נע לצד אחד. במרחק מסוים, הכוח המושך אותו כלפי מטה מתגבר על הכוח העולה מתחת, והנוזל מתחיל לרדת. במהלך הירידה, הוא מתחמם שוב דרך מגע ישיר או באמצעות הולכה, והתהליך חוזר על עצמו באופן מחזורי: אוויר מתחמם, צפיפותו יורדת והוא עולה; האוויר מתקרר, צפיפותו עולה והוא שוקע. אוויר חם ניחן בצפיפות נמוכה יותר מאוויר קר, לכן בסביבת אוויר קריר האוויר החם עולה מעלה, בדומה לכדור פורח. עננים נוצרים כשאוויר לח וחם יחסית עולה דרך אוויר קר יותר. עם עליית האוויר הלח הוא מתקרר, מה שגורם לחלק מאדי המים בכיס האוויר העולה להתעבות. כש הלחות באוויר מתעבה, היא משחררת אנרגיה המכונה חום כמוס, לכן גוש האוויר העולה מתקרר פחות מהאוויר שמסביב,ומשום כך הענן ממשיך להתרומם. אם יש מספיק אי-יציבות באטמוספירה, תהליך זה יימשך מספיק זמן עד להיווצרות של ענני קומולונימבוס, שהם ענני סופות רעמים רוויים במשקעים. בדרך כלל היווצרות של סופת רעמים כרוכה בקיום של שלושה תנאים: לחות, מסת אוויר לא יציבה, וכוח דוחף כלפי מעלה (חום). סופות רעמים, ללא תלות בסוגן, עוברות שלושה שלבים: שלב הפיתוח, שלב ההתבגרות, ושלב ההתפוגגות. קוטרה של סופת רעמים ממוצעת הוא 24 קילומטר. בתלות בתנאים השוררים באטמוספירה, שלושת השלבים הללו מתרחשים בממוצע תוך 30 דקות. חימום שנגרם בגלל דחיסה של האוויר היורד אחראי לתופעות חורפיות כגון רוח צ'ינוק (Chinnok winds), כפי שהיא מכונה בצפון מערב אמריקה, או רוח פן (Föhn) באלפים. הפוטוספירה של השמש מורכבת מתאי הסעה הנקראים גרנולים (גרעינים, Granules), שהם עמודות עולות של פלזמה בטמפרטורה של 5,800 מעלות צלזיוס, ובקוטר ממוצע של 1,000 קילומטרים. הפלזמה מתקררת כשהיא עולה ויורדת במרווחים הצרים שבין הגרנולים. הסעה Mountainnature.com — Chinook Yu. A.Gaponenko and V. E. Zakhvataev,Nonboussinesq Thermal Convection in Microgravity under Nonuniform Heating Albert Irvin Frye (1913). Civil engineers' pocket book: a reference-book for engineers, contractors. D. Van Nostrand Company. p. 462. נבדק ב-2009-08-31. Yikne Deng (2005). Ancient Chinese Inventions. Chinese International Press. pp. 112–13. ISBN 978-7-5085-0837-5. נבדק ב-2009-06-18. FMI (2007). "Fog And Stratus – Meteorological Physical Background". Zentralanstalt für Meteorologie und Geodynamik. נבדק ב-2009-02-07. Chris C. Mooney (2007). Storm world: hurricanes, politics, and the battle over global warming. Houghton Mifflin Harcourt. p. 20. ISBN 978-0-15-101287-9. נבדק ב-2009-08-31. Michael H. Mogil (2007). Extreme Weather. New York: Black Dog & Leventhal Publisher. pp. 210–211. ISBN 978-1-57912-743-5. Peter Folger (10 באפריל 2011). Severe Thunderstorms and Tornadoes in the United States. DIANE Publishing. p. 16. ISBN 978-1-4379-8754-6. {{cite book}}: (עזרה) National Severe Storms Laboratory (2006-10-15). "A Severe Weather Primer: Questions and Answers about Thunderstorms". National Oceanic and Atmospheric Administration. אורכב מ-המקור ב-2009-08-25. נבדק ב-2009-09-01. ערך זה הוא יתום, כלומר אין ערכים בוויקיפדיה שמקשרים אליו. אתם מוזמנים לתרום לוויקיפדיה ולקשר אליו מכמה מהערכים שמכילים את המונח "תא הסעה".