生物物理学 · 09.07
Wienの変位則
Wien’s displacement law
🧠 Wienの変位則は、黒体blackbody 黒体(blackbody)blackbody(黒体) スペクトルの極大波長から温度を読み、温度が高いほど放射の中心が短波長へ移ることを定量化する。
極大波長と絶対温度
波長表示した黒体 blackbody 黒体(blackbody) blackbody(黒体) 放射の極大位置は、
を満たす。は絶対温度であり、黒体blackbody 黒体(blackbody)blackbody(黒体) スペクトル全体のうち極大の位置だけを要約する法則である。
人体温度での見積もり
皮膚温を約310 Kとすれば、
となり、中赤外域に極大をもつ。このため医用サーモグラフィmedical thermography医用サーモグラフィ(medical thermography)medical thermography(医用サーモグラフィ)は可視光カメラ camera カメラ(camera) camera(カメラ) ではなく赤外検出器を用いる。
適用時の注意
極大波長は放射が一つの波長だけに集中することを意味しない。また、実在表面のスペクトルには放射率 emissivity 放射率(emissivity) emissivity(放射率) の波長依存性が重なる。総放射量を求める場合はStefan–Boltzmannの法則を使う。
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
- 極大波長と絶対温度の積は一定である。
- 約310 Kの人体放射は9–10 µm付近に極大をもつ。
- Wienの変位則は極大位置、Stefan–Boltzmannの法則は全放射量を扱う。
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