自然対流とは

自然対流は熱伝達の一種で、人間以外の力が気体や液体などの流体の冷却と加熱に影響を与えます。 熱伝達により、対流と呼ばれるサイクルが作成されます。このサイクルでは、温かい流体が冷たい流体に置き換えられます。 すべての流体と物質は、分子と一緒にグループ化される原子と呼ばれる小さなビルディングブロックで作られています。 これらの分子の動きは、流体を上昇または下降させるものです。

自然対流は、海流や大気層など、地球の多くの自然システムの説明に役立ちます。 強制対流とは対照的です。強制対流は、同じ原理で機能しますが、熱伝達サイクルを加速する空気または水ファンなどの人工デバイスによって作成された熱源を備えています。 強制対流と自然対流の両方を、家の暖房や水道などの特定の目的に使用できます。

太陽や地下の熱などの熱源の影響を受けると、液体はしばしば上昇します。 たとえば、太陽が地球の表面を暖めるとき、地面の空気はほとんど常に空の上の空気よりも暖かいです。 熱は分子間の空間を広げ、空気を軽くし、表面より上に持ち上げます。 空気が高温の地面から遠ざかるにつれて、分子は冷却されて圧縮されます。 この冷たい空気と重い空気は重力によって引き下げられ、そこで再び熱くなり、新たにサイクルが始まります。

海流は、自然対流と風の変化および塩水の密度との組み合わせによっても発生します。 冷たい風が水面を通過すると、分子は圧縮されて海底に沈みます。 水が赤道に近づくにつれて、水は温まり、再び上昇します。 これにより、大陸沿岸に沿って流れる大規模な海流が作成され、周囲の陸地の天気に影響を与えます。

通常、自然対流の重要な要素はニュートンの冷却の法則です。 この科学法は、物質が熱を失う速度は、その物質に作用する物体の温度に直接関係すると述べています。 言い換えれば、オブジェクトが冷たければ冷たいほど、流体はより多くの熱を失います。 この法律の一例は、アイスキューブを飲み物に追加する効果です。1つのキューブは熱のほんの一部を奪いますが、ほんの一握りは飲み物をはるかに速く冷やします。