熱について

 気象学の続きです。今回は地球の熱収支のイントロダクションをまとめます。あの先生説明が解りやすくて、「歩く『図解雑学』」と呼んでいます。・・・嘘です。今考えました。

 まず「熱」には①伝導②対流③放射の三つの伝わり方があり、また「温度」とは、「分子や原子がどれだけ振動しているか」の度合いです。

 まず①の伝導についてです。ニュートンの法則で「温度差があればある程、熱は伝導する」というもの(熱伝達率)があります。式は確かこんな感じです。
 ΔQαΔT(Δは変化、Qは熱の伝わる量、αは比例、Tは温度差)

 ②の対流は「お風呂のお湯を沸かすとき下の方がぬるい」という、あれです。暖められた水は体積が膨張するので軽くなり、上の方へ移動して対流を起こすというものです。

 ③の放射は、熱が電磁波となって物体から出て行って冷めるというものです。これには「ステファン=ボルツマンの法則」というのがあって「出ていく熱の量は温度の4乗」とされます。
 E=σT4(指数がうてない・・・)式はこうなります(Eは放射エネルギー量、σはボルツマン定数、Tは物体の表面温度)。ステファン=ボルツマン定数がよく分かりませんけど、まあ実験をふまえて計算やって見つけた数値なんでしょう。違う?

 さらに電磁波には波長によって、短い順からX線、紫外線、可視光(紫、青、緑、黄、オレンジ、赤)、赤外線、電波に分けられ、ここからがとってもややこしいと思うんですけど、「温度によって波長のエネルギーの強さのピークが違う」んです。「温度が高ければ、高いほどエネルギーの強さのピークは、短い波長に移る」んです。
 これグラフ見ても対数のグラフなんで、数学で通知表1の私には何とも理解しがたいんですが、しょぼい宇宙論を振りかざして考えてみると、「物体の熱さによって、主に放射する電磁波の種類が違う」と言うことだと思います。すごい熱い奴(例えば白色矮星)からは紫外線や紫の光、あまり熱くない奴(例えば温血動物)からは赤外線が一番出るのかな、と(ウィーンの変位則)。
 だから博物館の学芸員さんは「展示物によって照明の色を変えるのは、色によって温度が違うから、熱で傷むものは黄色とか、オレンジの明かりにする」って言ってたんですね。その理由はこの法則なのか~。なるほど。

 このように物体に跳ね返って反射する光をバッサリ切り捨てて、物体から放射する光(電磁波)だけで考えた放射のことを「黒体輻射(最近では黒体放射)」といいます。究極の黒は、全部の電磁波を吸収しちゃって反射する光がないから、そう言うのでしょう。『ジュラシックパーク』でカオス理論学者マルカムが言ってたあれです。
 でも「黒体輻射」ってマルカムの言うように「黒い服を着ると他の色よりもむしろ効率のいい放射をするから涼しいですよ」って説明になるのかな?熱いところでは熱の吸収もすごいんじゃないか?
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