熱放射(ねつほうしゃ、: thermal radiation)は、物体が熱を電磁波として放出する現象。また、伝熱の一種。熱輻射(ねつふくしゃ)、あるいは単に輻射ともいう。

炭火ストーブなどが赤く発光するのは熱放射によるものである。

熱放射による伝熱編集

熱放射では、輸送元の物体が電磁波を出し、輸送先の物体がそれを吸収することによって熱が運ばれる。そのため、物体同士が接触していなくても、また、物体間に熱を媒介する物質がなく、真空であったとしても熱が伝わる。

理論編集

熱放射の基礎理論はプランクの法則である。白熱電球は、電流が少ない場合は弱く赤っぽい光を出すが、電流が多くなると強く白っぽい光を出す。その理由はプランクの法則で説明できる。プランクの法則は、黒体という仮想的な物体について、温度と熱放射の色の関係を説明している。黒体が発する熱放射を黒体放射という。実際の物体が出す熱放射は、黒体放射よりも弱くなる。実際の物体が出す熱放射/黒体放射の比を射出率または放射率εという。

派生的な理論編集

以下の理論は、全てプランクの法則から導出される。

ウィーンの変位則
黒体放射のスペクトルにおいてピークとなる波長と温度が反比例することを示す法則。プランクの法則で説明されるスペクトル曲線の極大値を数学的に求めることで導出される。例えば、金属製のストーブが熱すると赤く輝き始めるのは熱せられた物体から赤色の光(電磁波)が出ているのである。赤い光は比較的低温で、温度が上がるにつれて青白い光に変わる。
シュテファン=ボルツマンの法則
黒体放射によって輸送されるエネルギーフラックスが温度の4乗に比例することを示す法則。プランクの法則で説明されるスペクトル曲線を積分することで導出される。
レイリー・ジーンズの法則
黒体放射のピークに対応する波長よりもはるかに長い波長において、単位波長あたりの放射量が絶対温度に(近似的に)比例するという法則。プランクの法則の近似として導出される。

面の間で運ばれる熱量編集

絶対温度Ts 、表面積A2 で放射率ε2 の物体が、周囲の壁面(表面積A1 、放射率ε1 、温度Ta)に熱放射によって放出する熱量P は下の式になる。

 
σ:シュテファン=ボルツマン定数

A2 << A1 の時、すなわち遠くへ熱が広がっていく場合は

 

となる。シュテファン=ボルツマン定数は小さい値なので[要検証]、温度が低い時の熱放射される熱量は小さい。

壁面がより一般的な位置関係をとる場合は、形態係数F1→2 を用いて次のように表される。

 

関連項目編集