生物物理学 · 09.02
熱放射
Thermal radiation
🧠 熱放射thermal radiation 熱放射(thermal radiation)thermal radiation(熱放射) は、物体内部の荷電 charged 荷電(charged) charged(荷電) 粒子の熱運動 thermal motion 熱運動(thermal motion) thermal motion(熱運動) から生じ、真空vacuum 真空(vacuum)vacuum(真空) 中でも運ばれる電磁放射 electromagnetic radiation 電磁放射(electromagnetic radiation) electromagnetic radiation(電磁放射) である。
温度が電磁放射を生む
絶対零度absolute zero 絶対零度(absolute zero)absolute zero(絶対零度) より高い物体では荷電 charged 荷電(charged) charged(荷電) 粒子が運動し、時間変化する電磁場としてエネルギーを放出する。伝導・対流convection 対流(convection)convection(対流) と異なり媒質を必要とせず、放出と吸収の差が正味の熱移動を決める。理想的な上限は絶対黒体absolute black body絶対黒体(absolute black body)absolute black body(絶対黒体)で与えられる。
温度上昇で変わる二つの量
温度が上がると、単位面積から出る総放射量が増え、同時にスペクトルの極大が短波長側へ移る。前者はStefan–Boltzmannの法則、後者はWienの変位則として分けて扱う。
人体表面は約300 Kなので、放射の大部分は赤外領域にある。目に見えないことと放射していないことは同じではない。
正味の放射熱交換
人体も環境も放射するため、熱損失は人体からの放射だけでなく、周囲から吸収する放射を差し引いて考える。皮膚温、衣服の放射率 emissivity放射率(emissivity) emissivity(放射率)、周囲表面の温度が変われば、気温が同じでも熱収支 net yield 収支(net yield) net yield(収支) は変化する。
💡 熱放射thermal radiation 熱放射(thermal radiation)thermal radiation(熱放射) の「強さ」と「色・波長分布」は別の情報であり、総量と極大波長を同じ法則で説明しない。
まとめ
黒体blackbody 黒体(blackbody)blackbody(黒体) 近似は、吸収率absorptivity 吸収率(absorptivity)absorptivity(吸収率) と熱放射 thermal radiation 熱放射(thermal radiation) thermal radiation(熱放射) スペクトルを結び付ける基準モデルとして用いる。12
- 熱放射thermal radiation 熱放射(thermal radiation)thermal radiation(熱放射) は熱運動 thermal motion 熱運動(thermal motion) thermal motion(熱運動) に由来する電磁放射 electromagnetic radiation 電磁放射(electromagnetic radiation) electromagnetic radiation(電磁放射) で、媒質を必要としない。
- 高温ほど総放射量は増え、極大波長は短くなる。
- 人体温度では主成分 main component 主成分(main component) main component(主成分) が赤外線であり、環境との正味交換が体熱収支 net yield 収支(net yield) net yield(収支) に関わる。
出典
- 1.Carbon nanotube electron blackbody and its radiation spectra(Proceedings of the National Academy of Sciences・2023)黒体、吸収率、放射スペクトルおよびPlanckの法則の関係閲覧 2026-08-21
- 2.Blackbody-cavity ideal absorbers for solar energy harvesting(Scientific Reports・2020)黒体近似と波長依存の吸収・放射特性閲覧 2026-08-21