Кіріспе

Сұйық динамикасында конвекциялық жасуша – сұйық немесе газ денелеріндегі тығыздық айырмашылықтары туындаған кезде пайда болатын құбылыс. Бұл тығыздық айырмашылықтары конвекциялық ағындардың жоғары көтерілуіне және/немесе төмен түсуіне әкеледі, бұл конвекциялық жасушаның негізгі ерекшеліктері болып табылады. Сұйық көлемі қызғанда, ол кеңейіп, тығыздығы төмендейді, демек, айналадағы сұйыққа қарағанда жеңілдейді. Сұйықтың салқын, тығыз бөлігі төменге түсіп, жылы, тығыздығы төмен сұйықтың астына орналасады, бұл жылы сұйықтың жоғары көтерілуіне себеп болады. Мұндай қозғалыс конвекция деп аталады, ал қозғалатын сұйық денесі конвекциялық жасуша деп аталады. Сұйықтың көлденең қабаты төменнен қыздырылатын конвекцияның осы ерекше түрі Рейли–Бенард конвекциясы деп аталады. Конвекция әдетте гравитациялық өріс талап етеді, бірақ микрогравитациялық тәжірибелерде гравитациялық әсерлерсіз термиялық конвекция байқалды. Сұйықтар – ағыс қасиеттерін көрсететін материалдар ретінде қарастырылады; алайда, бұл қасиет тек сұйықтарға ғана тән емес. Сұйық қасиеттері газдарда және тіпті бөлшектік қатты денелерде де (мысалы, құм, қиыршық тас және тау көшкіні кезіндегі ірі заттар) байқалады. Конвекциялық жасуша энергияны босату және тасымалдау арқылы бұлттардың пайда болуында ерекше көзге түседі. Ауа жер бетімен қозғалғанда жылуды сіңіріп, тығыздығы төмендеп, атмосфераға көтеріледі. Атмосфераға енген кезде, онда ауа қысымы төмен болғандықтан, төменгі биіктіктегіден кем сұйықтық ұстай алады, сондықтан ылғалды ауасын босатып, жаңбыр жауады. Бұл процесте жылы ауа салқындайды, тығыздығы артып, жерге түседі және жасуша циклді қайталайды. Конвекциялық жасушалар кез келген сұйықта, соның ішінде Жер атмосферасында (мұнда олар Хэдли жасушалары деп аталады), қайнап жатқан суда, сорпада (жасушаларды олар тасымалдаған бөлшектер арқылы, мысалы, күріш дәндері арқылы анықтауға болады), мұхитта немесе Күн бетінде пайда болуы мүмкін. Конвекциялық жасушалардың мөлшері көбінесе сұйықтың қасиеттерімен анықталады. Конвекциялық жасушалар сұйықтың қызуы біркелкі болған кезде де пайда болуы мүмкін.

Процесс

Көтеріліп келе жатқан сұйық денесі әдетте суық бетке кездескенде, тікелей алмасу арқылы салқын сұйықтан жылу алғанда немесе Жер атмосферасы мысалында, жылуды сәулелендіргенде жылуын жоғалтады. Бір кезде сұйық, әлі де көтеріліп жатқан төмендегі сұйықтан тығыз болады. Ол көтеріліп жатқан сұйық арқылы төмен түсе алмай, жанына қарай жылжиды. Белгілі бір қашықтықта оның төмен қарай бағытталған күші, төмендегі көтерілу күшін басып, сұйық төмен түсе бастайды. Төмен түскенде, ол беттік байланыс немесе жылу өткізгіштік арқылы қайта жылынады және цикл қайталанады.

Күн күркірейді

Жылы ауаның тығыздығы салқын ауадан төмен болғандықтан, жылы ауа салқын ауаның ішінде көтеріледі, бұл ыстық ауа шарына ұқсас. Бұлттар салыстырмалы түрде жылы әрі ылғалды ауаның көтерілуінен, салқын ауаның ішінде пайда болады. Ылғалды ауа көтерілген сайын салқындап, көтерілген ауа пакетіндегі су буының бір бөлігі конденсацияланады. Ылғал конденсацияланғанда, буланудың жасырын жылуы деп аталатын энергия бөлінеді, бұл көтерілген ауа пакетінің айналасындағы ауадан аз суынуына мүмкіндік береді, соның арқасында бұлттың көтерілуі жалғасады. Атмосферада жеткілікті тұрақсыздық болса, бұл процесс найзағай мен күн күркіреуіне себеп болатын кумулонимбус бұлттарының қалыптасуына жетеді. Әдетте, найзағайдың пайда болуы үшін үш жағдай қажет: ылғал, тұрақсыз ауа массасы және көтеру күші (жылу). Барлық найзағайлар, түріне қарамастан, үш кезеңнен өтеді: "даму кезеңі", "жетілу кезеңі" және "таралу кезеңі". Орташа найзағайдың диаметрі болады. Атмосферадағы жағдайларға байланысты, осы үш кезеңнен өтуге шамамен 30 минут уақыт кетеді.

Адиабатикалық процестер

Төмен түсетін ауаның қысылуынан туындайтын жылу, қысқы құбылыстарға, мысалы, Батыс Солтүстік Америкадағы чинук немесе Альпідегі фён сияқты желдерге себеп болады.

Күннің ішінде

Күн фотосферасы гранулалар деп аталатын конвекциялық жасушалардан құралған, олардың диаметрі шамамен 1000 километр болатын аса қыздырылған (5800 °C) плазманың көтерілетін бағаналары. Плазма гранулалар арасындағы тар кеңістіктерде көтеріліп, төмен түскенде салқындайды.