対流とは何ですか?

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著者: Laura McKinney
作成日: 5 4月 2021
更新日: 2 5月 2024
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熱の伝わり方(伝導・対流・放射)
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対流は、水、空気、溶融岩などの流体の質量運動により、ある場所から別の場所に熱を伝達します。対流の熱伝達機能は、地球の海流、大気の天気、地質を駆動します。対流は伝導とは異なります。伝導とは、互いに直接接触している物質間の熱の移動です。

TL; DR(長すぎる;読まなかった)

対流は、熱を分散するために、空気、水、およびその他の物質の一定の周期的な動きに依存しています。たとえば、加熱された空気が上昇すると、その場所に冷たい空気が引き込まれます。そこで、加熱され、上昇し、より冷たい空気を取り入れることができます。

対流の仕組み

加熱された流体が膨張し、密度が低くなるため、対流が形成されます。密度の低い加熱された流体は熱源から上昇します。上昇すると、冷却液を引き下げて交換します。この液体は加熱され、上昇し、より冷たい液体を引き下げます。このサイクルは、熱が流体全体に均等に分配されたときにのみ停止する循環電流を確立します。たとえば、高温のラジエーターは周囲の空気をすぐに加熱します。空気は天井に向かって上昇し、冷たい空気を天井からラジエーターに引き込み、加熱します。このプロセスは、部屋の空気が均一に加熱されるまで繰り返されます。

海洋対流

対流は、湾の流れと、世界の海の水をひっくり返して混ぜ合わせる他の流れを駆動します。冷たい極水は高緯度から引き下ろされて海底に沈み、より明るく暖かい水が海面に上昇するにつれて赤道に向かって引き下げられます。暖かい水は北に引き寄せられ、南に引き寄せられた冷たい水を置き換えます。このプロセスにより、熱と可溶性栄養素が世界中に分散されます。

空気中の対流

対流は、地球の大気中の空気の循環を促進します。太陽は地球の赤道付近の空気を加熱し、赤道は密度が低くなり、上向きに上昇します。上昇すると、周囲の空気よりも冷却されて密度が低下し、再び赤道に向かって広がって下降します。ハドレー細胞と呼ばれるこれらの絶えず移動する暖気と冷気の細胞は、風と呼ばれる地球の表面で空気の継続的な循環を促進します。大気の対流も雲を高く保つものです。

地球の対流

地質学者は、地球の深部にある溶融岩が対流によって循環すると考えています。岩は半液体状態であり、他の流体と同様に振る舞う必要があります。地球の中心部の熱で熱くなり、密度が低くなった後、マントルの底から上昇します。岩が地殻内で熱を失うと、岩は比較的冷たく密度が高くなり、コアに沈み込みます。より高温および低温の溶融岩のこれらの絶えず循環するセルは、表面の加熱に役立つと考えられています。一部の地質学者は、地球内の対流が火山、地震、大陸移動の原因であると考えています。