手作り工作・発明教室   温度と輻射熱の関係   08/08/30



理科の勉強:■温度と放射(輻射)エネルギーの関係 物理学者は偉い!
(1)放射エネルギー(W/m2)=σxTの4乗=5.67x10の-8乗x絶対温度(ケルビン)の4乗。
  σ(シュテファン=ボルツマン)定数は5.67x10の-8乗。絶対温度=摂氏+273です。
(2)もっと実用的な計算式:黒体は存在しないので、σの代わりに放射率95%のεを使います。この値は赤外線温度計で採用されているものです。放射率は物体ごとに異なります。
 黒体は全部放射エネルギーを吸収する物体です。吸収率1です。このようなものは世の中にありませんから、物体の吸収率を乗じます。灰色体といいます。地球は光の3割を反射しているので、吸収率0.7です。
放射エネルギー(W/m2)=εxTの4乗=5.39x10の-8乗x(摂氏温度+273)の4乗。
  温度20度Cの物体は5.39x10の-8乗x293の4乗=397(W/m2)。1平方メートルあれば397ワットのヒータがあると同じです。
(3)放射率(ε)+反射率(ρ)+透過率(τ)=1です。ここで大切なことは放射率=吸収率。放射率はまた黒体度とか輻射率と呼ばれます。(同じことを4つの別名で呼ぶので物理は難しいですね)
(4)石英板ガラスの透過率。 波長によって極端に異なり、4μm以下の波長は透過率93%。しかし5μm以上の赤外線は、透過率0でほとんど透過しません。このことから温室の温度上昇を説明できます。
(5)赤外線放射温度計はこの原理を応用した商品 

理科の勉強:■色温度と波長の関係 物理学者は偉い!
(1)ピーク波長(cm)=0.029/T(ウイーンの変位則)
  太陽の温度は5780度Tなので0.029/5780=0.000005cm=500nm。これは可視光線です。
  20度Cの温度は293度Tなので0.029/293=0.000099cm=9900nm。これは赤外線です。
  波長が大幅に伸びたことがわかります