科学中的对流是什么？以及它们如何工作

对流是由于材料内部存在温度或密度差异而移动的流动流体。由于固体中的粒子固定在原地，对流仅在气体和液体中可见。温差导致能量从高能量区域转移到低能量区域。对流是传热过程。当产生电流时，物质会从一个位置移动到另一个位置。所以这也是一个传质过程。

自然发生的对流称为自然对流或自由对流。如果使用风扇或泵使流体循环，则称为强制对流。由对流形成的电池称为对流电池或 贝纳德电池。

他们为什么形成
温差导致粒子移动，从而产生电流。在气体和等离子体中，温差也会导致密度较高和较低的区域，原子和分子在这些区域移动以填充低压区域。

简而言之，热流体上升而冷流体下沉。除非存在能源（例如，阳光、热量），否则对流只会持续到达到均匀温度为止。

科学家分析作用在流体上的力以对对流进行分类和理解。这些力量可能包括：

重力
表面张力
浓度差异
电磁场
震动
分子之间的键形成

可以使用对流扩散方程对对流进行建模和描述，这些方程是标量传输方程。

对流和能量标度的例子
您可以观察锅中沸腾的水的对流。只需添加几颗豌豆或几张纸即可追踪电流。锅底的热源加热水，给它更多的能量，使分子移动得更快。温度变化也会影响水的密度。当水向地表上升时，其中一些具有足够的能量以蒸汽形式逸出。蒸发使表面冷却到足以使一些分子再次沉回锅底。

对流的一个简单例子是暖空气上升到房子的天花板或阁楼。暖空气的密度低于冷空气，因此它会上升。

风是对流的一个例子。阳光或反射光辐射热量，形成导致空气流动的温差。阴凉或潮湿的地方更凉爽，或者能够吸收热量，从而增加效果。对流是驱动地球大气全球环流的一部分。

燃烧产生对流。例外是零重力环境中的燃烧缺乏浮力，因此热气体不会自然上升，从而让新鲜氧气为火焰提供燃料。零重力下的最小对流导致许多火焰在其自身的燃烧产物中窒息。

大气环流和海洋环流分别是空气和水（水圈）的大规模运动。这两个过程相互协同工作。空气和海洋中的对流导致天气。
地幔中的岩浆在对流中运动。热核加热其上方的物质，使其向地壳上升，并在那里冷却。热量来自岩石上的巨大压力，再加上元素的自然放射性衰变释放的能量。岩浆不能继续上升，就水平移动，又向下沉回去。

烟囱效应或烟囱效应描述了使气体通过烟囱或烟道的对流。由于温度和湿度的差异，建筑物内外的空气浮力总是不同的。增加建筑物或烟囱的高度会增加影响的大小。这是冷却塔所基于的原理。

对流在太阳中很明显。在太阳光球层中看到的颗粒是对流室的顶部。就太阳和其他恒星而言，流体是等离子体而不是液体或气体。