熱物理学

熱伝導、対流、熱放射

熱は高温から低温へ、伝導、対流、放射によって移動し、複数の機構が同時に起こることもあります。

熱は自発的に高温から低温へ移動します。伝導は物質内の相互作用、対流は流体の移動、放射は電磁波でエネルギーを運び、媒質を必要としません。

身近な例

熱いスープに入れた金属スプーンは主に伝導で温まります。鍋の水の循環は対流です。太陽は宇宙空間を越えて放射で地球を温めます。

クイックチェック

室内では複数の熱移動機構が同時または連続して働きます。熱い鍋に触れた金属スプーンは主に伝導で温まり、暖房器具の近くの空気は温まって密度が下がり、上昇して対流を生みます。太陽から地球へは真空中を主に放射でエネルギーが届きます。断熱材は静止空気を閉じ込めたり、熱伝導率の低い材料を使ったりして伝導を抑えます。明るいカーテンや反射面は太陽放射の吸収を減らし、暗い面は一般により多く吸収します。移動速度は面積、温度差、厚さ、材料特性に依存します。厚いコートが熱を作るのではなく、体から逃げるエネルギーを遅くするのです。単純な熱流式には形状や定常状態の仮定があるため、三機構の定性的な違いと区別しましょう。

トーストでは複数機構が共存します。ヒーターは放射でエネルギーを送り、空気を温めて対流を起こし、トレーとの直接接触は伝導で熱を運びます。主な機構を見分けるには、物質を通じて伝わるのか、流体の流れが運ぶのか、電磁波として届くのかを考えます。