対流

• 液体や気体などの流体が移動することによって、熱が運ばれる現象。
• 温度上昇に伴う熱膨張で密度が小さくなった部分が上昇し、周囲の低温部が流れ込むことで生じる循環運動。
• 大気圏の気象現象から地球内部のマントル運動まで、広範囲にわたる熱輸送の主軸である。

解説

対流は、熱の伝わり方の三原則（伝導・対流・放射）の一つであり、主に液体や気体といった流体において発生します。物質は温められると、質量は一定のまま体積が膨張するため、単位体積あたりの重さである密度が減少します。例えば、96gで96cm³の水（密度1.0g/cm³）を加熱して体積が100cm³に増加した場合、密度は約0.96g/cm³に低下します。この密度の小さくなった部分は周囲より軽くなるため上昇を始め、その空いた場所に温度が低く密度の大きい流体が流れ込むことで、流体全体の循環が形成されます。

水や空気は固体に比べて熱伝導率が非常に低いため、静止した状態では熱が伝わりにくい性質を持っています。しかし、対流による物質そのものの移動が加わることで、熱を効率よく全体へ広げることが可能になります。この仕組みは、エアコンによる室温調節や、味噌汁の入った鍋の中での動きなど、日常生活の至る所で観察できます。また、対流は媒体の移動を伴うため、真空状態にすることで遮断できるのが特徴です。魔法瓶などの真空断熱構造は、この性質を利用して伝導と対流の両方を防いでいます。