対流とは

対流とは、おおまかに言って、液体や気体を含むあらゆる流体状態を介した分子の動きです。 それは地球上の熱と物質移動の主な形態であり、世界中の多くのシステムで見られます。 多くの人々は、食べ物や家を加熱することからそれを熟知しており、地球上の気象条件を作り出す上でも極めて重要な役割を果たしています。

対流には、強制と自然の2つの主なタイプがあります。 強制対流は、空気をファンで押しているときなど、熱を伝達する媒体が自力で移動しているときに発生します。 この場合、熱は流体の空気の動きによって分散されますが、実際には動きを引き起こしていません。 時々、強制対流は熱移流とも呼ばれます。

自然対流は、熱を伝達する媒体が熱自体によって動くように促されているときに発生します。 これは、ガスの場合のように、媒体が加熱されると膨張するためと、浮力により暖かい流体が上昇するための両方で発生します。 この形式は、自然対流とも呼ばれます。 強制と自然の2つのタイプは、多くの場合同時に発生します。この場合、熱によって流体がいくらか移動しますが、他の力によっても移動します。 この場合、混合対流と呼ばれます。

強制対流は、人工物と自然界の両方で、世界の多くの場所で見ることができます。 たとえば、対流式オーブンは、ファンを使用して、加熱された空気を強制的にオーブンに循環させます。 空気はそれ自体で幾分動くかもしれませんが、力は熱の均一な分配を可能にします。 人体内では、循環系は強制対流のもう1つの優れた例です。 血液は、他の多くの用途の中でも、身体の加熱剤と冷却剤の両方として機能し、循環系に押し込まれます。

自然対流は、ラジエーターヒーターなど、ファンのない熱源の上に何かを置くことで最も簡単に見ることができます。 ヒーターのすぐ上の空気が加熱されると、周囲の冷たい空気よりも浮力があるため上昇します。 ヒーターの上にティッシュペーパーを置くと、自然な空気の動きによって上に運ばれるのがわかります。 同様に、液体では、色の付いた1つの液体を加熱し、それを別の色の冷たい液体の中に入れることで、職場で同じ効果を見ることができます。 暖かい液体が上昇します。

対流は、海流の生成に極めて重要な役割を果たし、それにより、大規模な対流システムを通じて世界中の気象パターンを調整するのに役立ちます。 太陽によって温められた暖かい水流は、赤道から極に向かって進み、移動するにつれて着実に冷えて、沈むのを助けます。 そこに上昇すると再び動き始め、巨大なコンベアベルトを形成します。場合によっては、その旅を完了するのに1,600年以上かかることもあります。