輻射熱とは?光(電磁波)で伝わる見えない熱とエネルギー

輻射熱という言葉をご存じですか、これは輻射という熱をもった物質が放つ電磁波が別の物質にぶつかって熱に変わった時に発生する熱のことを言います。

この説明は定義としては正しいのですが、いまいちピンと理解できません。なんだか、物理の実験だけで出てきそうな単語です。しかし、実は輻射熱というのはかなり身近な熱なのです。

太陽も、電子レンジも、ストーブも、床暖房も、人がそれを温かいと感じるのは輻射熱のおかげなのです。身近なのに身近に感じられない輻射熱について、分かりやすくご説明していきましょう。

関連記事
輻射熱を活用する各種ヒーター類の解説
発光の仕組み、白熱電球・蛍光灯・LEDは何故光るのか?

そもそも熱とは何なのか?

まず、輻射熱を語る前に、熱についてご説明しましょう。

熱と言うのは、物質(分子)の振動や運動の大きさことです。温かい物質は分子が沢山のエネルギーを持ち、沢山振動したり動きまわったりしています。簡単に物質の三態のおさらいをしてみましょう。

1503134
物質の三態―サントリーHPより

上は水分子ですが、凍っているときはほとんど振動せずに小さく震えている程度です。しかし、そこに熱を与えると、水分子の振動が激しくなり、遂にはじっとしていられなくなって動きまわります。これが液体の水になった状態です。そして、その水に更に熱を加えると、分子の動きは非常に活発になり、まとまりのない状態になって何もない空間に飛び出してしまいます。これが気体です。

熱の状態と言うのは、物質がどれだけ激しく動きまわっているか、ひいては物質(分子)がどれだけのエネルギーを持っているかということを意味します。エネルギーというと抽象的ですが、普通に運動量と考えてくれても構いません。

伝導熱

そして、この熱をもった物質が別の物質にぶつかると、その振動や運動のエネルギーが別の物質に分け与えられるため、熱が伝わります。これを伝導熱と言います。ちなみに、分け与えた方の熱は分け与えた分だけ減っています。

身近なところでは、人が熱いもの触った時に伝わってくる熱が伝導熱ですし、シャワーを浴びて体が暖かくなるのも伝導熱のお陰です。また、料理をするときに沸騰したお湯に具材を入れて温めるのも伝導熱の成せるわざですね。

伝導熱では、この「物質同士が直接ぶつかって熱を分け与えている」というのがキモで、何らかの形でそれを遮断できれば、熱は伝わらなくなります。

例えば、気温の高い部屋に入って温かいと感じるのは、空気が体にぶつかって空気の熱を貰っているからなのですが、逆に寒い冬に外にでると寒いのは自分の体が空気にぶつかって空気に熱を分け与えてしまっているからなのです。そこで、コートを羽織ると空気に熱をもった体がぶつからなくなるため、熱を奪われなくなるのです。

薄いコートだと隙間から空気が入り込みますが、分厚いコートであれば隙間から空気が入ることもありません。また、羽毛が入ったダウンコートや布団は布団の中に空気を蓄えこんでおり、その蓄えられた空気が外の寒い空気と温かい体の間に入り込むことで、寒い空気を遮断しつつ体の熱を布団の中に集める事ができるですね。要は、布団が温かいのは体の熱を布団に分け与えて、体の代わりに布団がその熱を蓄えこんでいるからと言えます。

つまり、物や空気で遮断できるのが伝導熱です。

とは言え、遮断した物や空気に熱が伝われば遮断しきれなくなりますね。ちなみに、伝導熱の伝わりやすさは、固体→液体→空気の順に低くなります。それはそうです。気体は皆バラバラに飛び回っているのでなかなか別の気体にぶつかりません。そのため、なかなか熱が伝わらないのです。

次のページから、いよいよ輻射熱の説明です。