水はどこからあたたまる？
水を下のほうであたためると、あたためられた水が上へのぼり、かわりに上の冷たい水が下へおりてきます。この水の動きをくり返しながら、水は全体があたたまっていきます。このとき、のぼったあたたかい水が上にたまるので、水は上のほうから順にあたたまります。水の動きによる熱の伝わり方を「対流（たいりゅう）」といいます。
| 実験 | 水の動き | あたたまり方 |
|---|---|---|
| 底のはしをあたためる | あたためた所から上へ → 水面にそって広がる → 反対側を下へ | 上から順に全体があたたまる |
| 水面の近くをあたためる | 上のほうだけで動く | 上だけあたたまり、下は冷たいまま |
| 色をつけたお湯を底から | けむりのようにのぼって、水面の近くに広がる | 上にあたたかい色水の層ができる |
| 色水の氷をうかべる | とけた冷たい色水が、すじになってしずむ | 下に冷たい水がたまる |
金属は、熱した所から近い順に熱が伝わっていきます（金属のあたたまり方シミュレーター）。水や空気は、それ自体が動いて熱を運ぶところが、金属とのちがいです。
どうしてあたたかい水は上へのぼるの？
水はあたためると、ほんの少しだけ体積がふえます（空気と水の温度と体積シミュレーター）。同じ体積でくらべると、あたたかい水はまわりの水より軽くなるので、浮かぶように上へのぼります。冷たい水は重いので、下へしずみます。
おうちの方向けに言うと、水の密度は20℃で0.99821g/cm³、40℃で0.99222g/cm³、60℃で0.98320g/cm³と、温度が上がると小さくなります。まわりより密度の小さい水には、その差に比例した浮力がはたらき、上昇流ができます（自然対流）。このシミュレーターは、ビーカーの縦の断面を0.25cmのます目に分け、この密度の表から浮力を計算して、水の流れと温度の運ばれ方を数値計算しています。なお水は4℃でいちばん重くなるので、0℃の氷水は20℃の水よりは重くしずみますが、4℃の水よりは軽いという性質もあります。
おうちでの実験のやり方
- 色をつけたお湯：とうめいな水そう（または大きなペットボトルを切ったもの）に、へやの温度の水を入れます。ふたのある小びんに、絵の具や食紅で赤くしたお湯（おとながポットから60℃くらいで用意）を入れてふたをし、水そうの底にそっと置いて、ふたを開けます。
- 色水の氷：青い色水を製氷皿でこおらせておき、へやの温度の水を入れたコップにそっとうかべます。とけた水がすじになってしずむようすを、横から見ます。
- 水をゆらさないように、テーブルにしっかり置いてから行います。動きは、黒い紙や白い紙をうしろに立てると見やすくなります。温度計があれば、上と下の水の温度もはかってみましょう。
学校では、ビーカーの底のはしを熱して、みそや示温インク（温度で色が変わるインク）で水の動きを見ます。火を使う実験なので、家ではやらず、学校で先生といっしょに行います。お湯をあつかうときは、やけどに気をつけましょう。
自由研究のまとめ方のヒント
色水の動きは、スマホの動画でとっておくと、あとで何度も見て絵に写せます。「お湯の温度を変える（40℃・60℃）」「氷の色水の温度」など、条件を1つだけ変えてのぼる速さやしずむ速さをくらべると、研究らしくなります。シミュレーターのグラフのように、上と下の水の温度を1分ごとにはかって表やグラフにすると、「上から順にあたたまる」ことを数字で示せます。
よくある質問
おふろのお湯は、どうして上だけ熱いの？
あたたかい水は軽いので上にたまり、冷たい水は下にたまるからです。おふろに入る前に、よくかきまぜると全体が同じ温度になります。
空気も同じようにあたたまりますか？
空気もあたためられると軽くなって上へのぼるので、へやの上のほうがあたたかくなります。冬にエアコンのあたたかい風を下向きにしたり、サーキュレーターで空気をまぜたりするのはそのためです。
シミュレーターの時間は、本物と同じですか？
水の動く向きや、上からあたたまる順番は本物と同じですが、速さや温度の上がり方は目安です。本物の水はうずをまいて細かくまざるので、ビーカーの大きさやあたため方によって時間が大きく変わります。
氷を水の底にしずめたら、どうなりますか？
ふつうの氷は水より軽いのでうかびます。底におもりでとめると、とけた冷たい水はそのまま底にたまり、上の水はなかなか冷えません。冷たい飲み物は、氷が上にうかんでいるから全体が冷えやすいのです。
この実験に使えるもの
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