| English | 意味 |
|---|---|
| conduction/kənˈdʌkʃn/ | 熱伝導 |
| convection/kənˈvekʃn/ | 対流 |
| radiation/ˌreɪdɪˈeɪʃn/ | 放射 |
| insulators/ˈɪnsjuːleɪtəz/ | 絶縁体 |
| infrared/ˌɪnfrəˈred/ | 赤外線 |
| emitter/ɪˈmɪtə/ | 放射体 |
熱が伝わる3つの方法
- 熱いスープに金属スプーンを入れると、すぐに手をやけどしてしまう。
- しかし、太陽は数百万キロメートルもの真空空間を通じて私たちを温めている。
- 熱エネルギーは常に高温側から低温側へ流れる — 伝導、対流、放射という3つの経路によって。
熱移動の実験
熱エネルギーが移動する経路を比較してください。
伝導
- 伝導は、物質自体が移動することなく、物質内を介してエネルギーを運ぶ。
- 加熱された粒子はより激しく振動し、そのエネルギーを隣接する粒子に渡す。
- 金属は最も優れた伝導体である — 自由電子（非局在電子）が素早くエネルギーを運ぶため。
- 断熱材（空気、木材、プラスチック）は伝導性が悪い — だからこそ、保温のためにこれらを使うのである。
伝導：振動する粒子が金属棒に沿ってエネルギーを伝達する
なぜ金属は熱エネルギーの良伝導体なのでしょうか？
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金属には自由（非局在化）電子があり、これらは金属内を動き、高温側から低温側へ素早くエネルギーを運びます。
対流
- 対流は液体および気体の中で起こる。
- 加熱された流体は膨張し、密度が低くなり、上昇する；冷たく密度の高い流体は沈降してその場所を取り替える。
- この循環は対流電流と呼ばれ、流体内でエネルギーを運ぶ。
- 固体では粒子が場所を変えられないため、発生しない。
対流では、加熱された流体が上昇するのは、以下のようになっているからです：
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加熱により流体は膨張し、密度が小さくなって上昇しますが、冷たくて密度の大きい流体が沈んでその位置を埋めます。
対流は固体でも発生する可能性がある。
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対流は粒子が場所を移ることを必要とするため、液体と気体でのみ発生し、固体では発生しません。
放射
- 熱放射は赤外線波によって運ばれるエネルギーである。
- 全ての物体から放出され、物質を必要とせず、真空空間を通過できる（これが太陽のエネルギーが地球に届く仕組みである）。
- 黒くざらついた表面は赤外線の良好な放射体かつ吸収体である。
- 光沢のある白い表面は不良な放射体であり、良好な反射体である — だからこそ、給湯タンクや宇宙船は光沢のある銀色に塗られていることが多い。
黒くざらついた表面は、光沢のある白い表面よりもはるかに良く赤外線を放射（吸収）する
どの熱移動方法が真空（空虚空間）を通り抜けられますか？
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放射は赤外線によって運ばれ、物質を必要としないため、太陽のエネルギーは空虚空間を通じて私たちに届きます。
各熱移動の方法と、その仕組みを対応させてください。
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伝導は物質内を伝わり、対流は流体自体が流れとして移動し、放射は物質を必要としない赤外線です。
どの表面が熱放射の最も良い放射体ですか？
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くすんだ黒い表面は赤外線の最も良い放射体（かつ吸収体）であり、光沢のある明るい表面は放射体が悪く反射率が良好です。
理解できましたか
- 熱エネルギーは常に高温側から低温側へ流れる
- 伝導：物質内を粒子同士で伝わる；金属が最適（自由電子）
- 対流：暖かい流体が上昇し、冷たいものが沈降 — 電流；固体では生じない
- 放射：赤外線、物質を必要とせず；黒くざらついた＝最良の放射体/吸収体