熱の収支の考え方における放射

熱の移動は伝導・対流・放射の3つ基本ですね。これは中学ぐらいの理科で出てきたような気がします。それを振り返ってのことですが、実際に熱を取り扱う数値計算を見ていると流体ではないので対流は含まない場合、熱の伝導方程式だけを使っているようです。伝導係数などをあれこれ考慮した有限要素法解析などが行われています。そこで放射はどうなっているんだろうということになります。たぶん無視できるということが１つ入ってるんだろうと思います。絶対温度の４乗で放射しているということになりますが、絶対温度で考えると我々の身の回りは全部同じであり、放射する分、放射を受けるということになり、±ゼロということなのか、あるいは係数が小さくて放射によるエネルギーの出入りの数値が小さくて無視するということでしょうか。晴れた日の冬の朝の寒さで放射って利くんじゃないかと思うのですが。放射を除外していいという理解の仕方について教えて頂きたいのですが。

No.3 回答者： eatern27 回答日時： 2021/02/23 08:43

> 一応、そのことをどこかに明示してほしいとは思いました。

どういう事を書くべきか迷いますが、
教科書レベル話なら具体的な計算ができるようなモデルを考えるし、
実務レベルの話なら知りたい現象を再現するようなモデルを考えます。
そういうモデル化の時に輻射が重要でないのなら輻射を無視する事もあるでしょう。他の重要でないファクターも無視している訳ですが、それらを全て列挙してたらキリがないので、何を無視したかなんて特別な理由がある時以外はわざわざ言及しないのが普通です。


具体的なケースが頭にあるのなら、詳細が分からない事には輻射がどのくらいあるのか計算すれば良い、という事しか言いようがありません。

No.2 回答者： eatern27 回答日時： 2021/02/17 07:22

別に常に無視する訳ではないので、貴方が輻射を無視した場合の解析を見ていたから、という以上の理由はないとは思いますが

常温常圧下に限れば、輻射による熱伝達の影響は他と比べると良くて同等、多くのケースでは1桁程度以上少ないというくらいの影響にしかならないはずなので、そういう場合は無視する事もあるでしょうね。

また輻射の計算はかなり重いので、普通は出来るだけ輻射を輻射として計算したくはありません。普通の伝熱解析に含まれるいずれかのパラメータの中に輻射の効果を入れる事にして、見た目上輻射を計算していないように見えているだけ、という事もあるかもしれません。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。そういう仮定（放射なし）という限定での解を求めたということになるのだろうとは思います。物理系の試験問題は何が前提とされているか、についても事前に納得されている（つまりそれを了解していることも含めての出題）ということになりますね（出題者と回答者の事前の約束事と言えるでしょうか）。量としてのオーダーが低いのでその効果はパラメータの変動が吸収してしまうかもしれません。
一応、そのことをどこかに明示してほしいとは思いました。

お礼日時：2021/02/21 23:24

No.1 回答者： isoworld 回答日時： 2021/02/16 20:04

まず、電気・電子機器では発熱が問題になることがよくあり、その対策のために放熱板を設けるわけですが、放熱板の効果（性能）は放射（輻射）だけではなく（空気の）対流（したがって風速の想定もいります）も大きな影響を及ぼします。

電気・電子機器では放熱の設計が重要になることがしばしばあります。

次に放射（輻射）ですが、快晴の夜に何かの物体を屋外に置いておくと、それが結露することがよくあります。夜間に雨など降ったわけでもないのに屋外駐車した車が朝にはビッショリと濡れていることがありますし、草むらが夜露で濡れていることもあります。
私はよく夜通し星景写真を撮るのですが、結露でカメラもレンズも三脚も結露でビッショリと濡れたりします。

快晴の夜は絶対温度４°Ｋの宇宙に向かって物体が持つ熱が放射され、気温よりも温度が下がります。
昼間は太陽から来る輻射熱を受けるので、宇宙に逃げる熱は差し引きされて放射冷却されることはないのですが。

宇宙への放射は、冬の朝に限らず、夏の夜でも上空に雲がなければあります。上空に遮るもの（雲も含めて）があれば宇宙への放射はありません。
夜通し星景写真を撮る者にとっては、放射冷却は深刻な問題になるわけ。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。今日、ある研究報告を聞いたのですが、熱の問題で放射の影響は含まれていませんでした。放射現象は対象とした熱問題で有効ではない、考慮する必要はない、ということなのだと思います。その根拠を示して欲しいと思って聞いていました。ある本で氷レンズということが示されていました。光が氷を通って屈折して1点に当たりそこが過熱するけど、氷レンズ自体を光（電磁波）が溶かすことがないというものです。晴天時の朝の寒さもそうですが、やっぱり放射っていう現象は効くものだなと実感します。（曇天時は、雲が地表面からの放射を受けて雲から地表に再度放射するらしいですね。）とすると、いつ出てきて、いつ引っ込んでるの？と聞きたくなるのですが。

お礼日時：2021/02/17 02:01