鍋に水を入れて沸騰させ、その動きを観察してみましょう。底の水は温まって膨張し、密度が低くなって上昇します。一方、上部の冷たい水は沈んでその場所を占めます。この循環こそが対流、つまり流体の動きを通して熱が伝わる現象です。対流は、粒子が自由に動ける液体や気体で起こります。粒子が固定されている固体では起こりません。

対流は多くの自然現象を引き起こします。暖かい空気が陸地で上昇し、冷たい空気が海から流れ込むことで風が発生します。暖かい海水が赤道付近で上昇し、冷たい海水が極付近で沈降することで海流が発生します。暖かく湿った空気が上昇して雲を形成することで気象システムを動かします。地球のマントルでは、対流によってプレートが数百万年かけて移動します。太陽では、対流セルが内部から表面へエネルギーを運びます。対流は熱伝達の議論において伝導や放射とよく一緒に取り上げられますが、流体の移動を必要とするのは対流だけです。

対流の例

• 沸騰したお湯。 熱いお湯は上昇し、冷たいお湯は沈みます。
• 海風。 陸上の暖かい空気が上昇し、海からの冷たい空気が流れ込みます。
• 海流。 暖かい水は上昇し、冷たい水は沈み、循環を引き起こします。
• マントル対流。 ゆっくりとした流れが地殻プレートを動かします。

対流は伝導とは異なります。伝導は接触によって熱を伝達するのに対し、対流は流体の動きによって熱を伝達します。