伝導と対流|伝導とは、対流とは?

伝導と対流は、熱科学や熱力学の分野で遭遇する2つの現象である。この2つの概念は、熱の移動を理解する上で非常に重要である。伝導、対流とともに、輻射は熱移動の3つの形式を構成している。熱力学、熱機関、人工気象システム、気象学、そして私たちの生理学などの分野では、すべて伝導と対流の原理を利用している。これらの分野をより深く理解するためには、放射だけでなく、伝導や対流についてもよく理解しておくことが必要です。今回は、伝導と対流とは何か、伝導と対流が起こる原因、それらの類似点、伝導と対流によって観察できる日常の出来事とは何か、それらの類似点、最後にそれらの相違点を説明します。

コンダクションとは？

伝導とは、温度勾配によって物質の領域間で熱エネルギーが移動することと定義されています。伝導はどんな物質でも起こるが、現実問題として伝導は固体にしか適用されない。固体を加熱すると、その運動エネルギーによって固体内の原子や分子が振動する。 この振動した原子が隣の原子と衝突することで隣の原子が振動し、その振動が固体のもう一方の端に伝えられる。固体表面の原子は、振動によって発生したエネルギーを開放空間に放出する。均質な棒の場合、側面が断熱され、両端だけが露出した定常状態では、熱流量は熱吸収面積と温度勾配に比例します。定常状態とは、すべての点の間に熱的平衡が存在すること、すなわち、ある点の温度が時間と共に変化しないことを意味する。気体や液体も伝導を示すが、これは分子の直接衝突という形である。固体のように振動することはない。

対流とは？

対流とは、流体の全体的な動きを表す言葉である。しかし、本論文では、対流は熱対流の一形態であると考える。伝導とは異なり、対流は固体では起こりえない。対流とは、物質が直接移動することによってエネルギーが伝達されることです。液体や気体では、下から加熱すると、液体の最下層が加熱される。すると、高温の空気層は膨張し、冷たい空気より密度が低くなり、対流となって上昇する。次の流体層でも同じような現象が起こる。一方、第一熱気層は今冷えてきているので、これから降りてくるでしょう。この効果により、下層から上層へと常に熱を放出する伝導ループが形成される。これは気象システムにおいて非常に重要なパターンである。これは、地表の熱が大気圏上層部に放出される仕組みです。