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Q394★マッチや線香に火をつけると上へ上へと、燃えてゆきます。燃えている部分を下にして持ってもやはり上へと燃えてゆきます。このようなことはどうして起きるのですか。そして、僕の家でストーブを使うと温かい空気は上(天井)へと行こうとします。このマッチの燃焼と温かい空気には熱が関係してると思いました。熱とは粒子の振動だと習いましたが、空気を構成する分子が熱で飛びまわるなら上(天井)だけでなく、部屋中に温かい空気がいきわたると思います。どうしてマッチなどの火や温かい空気は上にいこうとするのでしょうか。

上に燃えてゆくマッチなどの火と、上に行こうとするストーブなどによる温かい空気、これは、どちらも熱が関係して起きている現象なのではないか。
とても良い視点だと思います。

ご指摘の通り、空気は暖かくなると、粒子の振動が大きくなって激しく動くようになり、お互いにぶつかり合って粒子間の間隔が広がります。
そうすると、同じ体積当たりでみた場合、温度が低い(粒子の動きが少ない)ときと比べて空気の分子の数が少なくなるので(密度が小さくなる)、暖かい空気は冷たい空気よりも軽くなり、上に行くことになります。

マッチの火が上に燃えるのも、この性質に関係しています。
マッチを擦ると、その周囲の空気が急速に温まって軽くなり、上に向かいます。
それによって上昇気流が生じるので、マッチの火も上に燃えてゆくことになるのです。

ストーブで温められた空気もマッチや線香と同じように上へ向かっていきます。
部屋には天井があるので温められた空気は天井にあたるとそれ以上上へ行けずに横に広がります。横で壁にあたると下へ向かいます。
この時、暖かい空気と入れ替えに冷たい空気は下へ行きます。このような空気の動きを対流(たいりゅう)といいます。
対流を繰り返すことにより、部屋全体が温まっていきます。対流は液体でもおこります。小学校4年生の理科で「もののあたたまりかた」として勉強したと思います。


中2 (YT) 2021/08/18