対流のない気体や液体はあるか？

対流を生じない気体や液体というものがあるでしょうか？　たとえば、同じ組成式で構造式の違う二つの化合物（一方は高密度で他方は低密度）の混和物で、温度が上がると低密度の化合物が高密度の化合物に変わるため混和物の密度が高くなる、というような気体や液体があるかということです。

No.3 ベストアンサー 回答者： himagene 回答日時： 2020/04/12 11:32

液体内の短距離秩序の違いによって「液体・液体転移」という現象があり得るようです。

http://tanakalab.iis.u-tokyo.ac.jp/research/Two- …
過冷却の水等ではある限られた条件で可能かもしれません。
https://www.riken.jp/press/2018/20180110_1/
探せば、他にも在るでしょう。多分、気体では無理でしょう。

この回答へのお礼

御回答ありがとうございます。御指摘いただいた現象について調べてみます。

お礼日時：2020/04/12 11:54

No.5 回答者： yos1912 回答日時： 2020/04/14 09:58

４℃以下の水にたとえばアルコールのようなものを混ぜた場合を考えてみます。

これはあくまでも思考実験です。二つを混ぜたときに合計体積が変化するとかといった細かいことは無視します。
　４℃以下のある温度で、アルコールが温度変化によって膨張する度合いと水の収縮する度合いを濃度を調節することであわせたとします。この温度では体積変化率は０になっています。しかしこの混合液は、４℃だと水の体積は変化しません。しかしアルコールが膨張する分だけ混合液は膨張していきます。結局は、体積(密度)変化のない温度を変えただけになってしまいます。
　体積変化が少ない温度幅をわずかに大きくするということは可能かも知れませんが、広い温度域に渡っては無理なような気がします。
(煙が冷えるということは冷却というシステムが働いているということになります)

この回答へのお礼

コメントありがとうございます。広い温度範囲で密度変化をゼロにするのは、確かに難しそうですね。逆対流（密度の温度係数が正）で良いなら、ひょっとしたら可能かもしれませんが、対流なし（広い温度範囲で密度の温度係数がゼロ）は難しいような気がしてきました。

お礼日時：2020/04/17 11:36

No.4 回答者： yos1912 回答日時： 2020/04/12 14:25

水は４℃で密度が最大になりますから、４℃以下ならお望みの条件に合うかも。

ただしこの場合でも、冬期湖水は４℃に冷やされた水が底の方に沈んでいっていますから、対流を起こしていないといっていいのかどうか疑問です。沈んだ水が再びあがってくることはないので、対流といえないような気もします。
　単純に考えると、一方で加熱、他方で冷却というシステムがあって初めて対流が起こるのかも。火事の煙も高いところにたまるだけで、降りてはきません。

この回答へのお礼

御回答ありがとうございます。水の層で上に４℃の熱源と下に０℃の冷却源があれば対流（逆対流と呼ぶのが適切か？）が生じると思います。なお、水が０℃で凍ると密度の低い氷になって浮かんできますが、これは一種の逆対流であると思います。これを液体の緩和物で実現できると良いのですが...。液体混和物であれば、配合を調節することで対流のないものができるかもしれません。（火事の煙が高いところにたまるのは煙が暖かいうちで、煙が冷えれば下に降りてくると思います。）

お礼日時：2020/04/13 10:48

No.2 回答者： springside 回答日時： 2020/04/11 19:16

ない。

構造式がどうだろうが、密度がどうだろうが、気体や液体は、重力のある場所（例えば地球上）では必ず対流する。

この回答へのお礼

御回答ありがとうございます。気体や液体は暖められた部分が膨張し低密度になって上昇し、そこへ周囲の低温で高密度の部分が流れ込んで対流を生じます。したがって、密度が温度によって変化しない流体では対流を生じません（表面張力の不均質による対流は別）。そのような流体をつくる第一段階として、温度上昇で密度が増加するような流体がないだろうか、というのが質問の趣旨です。

お礼日時：2020/04/11 21:03

No.1 回答者： Bunbuk803 回答日時： 2020/04/11 14:45

対流は物質種類で有無が決まるものではありません。

重力のせいです。
ですから、地球上では否応なく起きます。
ただし、別な工夫でそれに近い状態には出来ます。
そのいい例が、半導体の単結晶シリコンのインゴットをＣＺ（引き上げ）法などで作るときに磁場をかけるというものです。
磁場の中で物質が動こうとすると、その動きに反する方向に力を生みます。
この力で対流は抑えられます。
ただし、微細な目で見れば、動きがおきないとその力も発生しませんから、ゼロにはなりません。

この回答へのお礼

御回答ありがとうございます。気体や液体は暖められた部分が膨張し低密度になって上昇し、そこへ周囲の低温で高密度の部分が流れ込んで対流を生じます。したがって、密度が温度によって変化しない流体では対流を生じません（表面張力の不均質による対流は別）。そのような流体をつくる第一段階として、温度上昇で密度が増加するような流体がないだろうか、というのが質問の趣旨です。

お礼日時：2020/04/11 21:03