熱放射エネルギー[w/m^2]を受けた物体が、ある時間後に上昇するであろう温度について教えてください。計算に必要な要素(体積など)と、計算の具体例を挙げていただければ大変助かりますが。

A 回答 (3件)

> 比熱の単位と、熱放射エネルギーの単位と、温度との関係を教えてください。



比熱 C の単位は [J/K・kg]v (ジュール/ケルビン・キログラム)です.
キログラムでなくてグラム当たりにすることもありますし,
モルあたりにすることもあります.
また,昔風に,ジュールの代わりにカロリーを用いた式も未だに目にします.
比熱に質量(M [kg] とします)をかけた MC を熱容量といいます.
ただし,比熱と熱容量はときに混同して用いられることもありますので
ご注意下さい.


熱放射エネルギー(の強度) R [W/m^2] は,
1 秒間に表面積 1 [m^2] が受けるエネルギーです.
[W] = [J/s] です.
したがって,有効表面積 S [m^2] で t 秒間放射を受けると
もらうエネルギーは RSt [J] です.
もし,熱がまったく逃げなければ,
RSt のエネルギーをもらうのですから,RSt/MC [K] だけ温度が上がります.

これだと,熱放射を受け続ければ際限なく温度が上がってしまいます.
もちろん,そうならないのは常識でわかります.
それは熱が逃げていくからで,
そこらへんの事情は
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=171522
に書きましたので,あわせてご覧下さい.

周囲温度を T0,物体の温度(簡単のため,一様とします)を T とします.
dt 時間の間に RS dt だけ熱をもらいます.
単位時間に A(T-T0) の割合で熱が逃げますから,
正味の熱流入は {RS - A(T-T0)} dt です.
温度上昇 dT は dT = {RS - A(T-T0)} dt / MC ですから,
(1)  dT/dt = {RS - A(T-T0)} / MC
となって,これが温度変化を支配する微分方程式です.
左辺がゼロはもう温度変化しなくなったことを意味しますから,
右辺=0から最終温度の T(最終) = T0 + RS/A
が決まります.

t=0 で T=T0 だった物体に放射が当たり始めたとすると,
この初期条件で(1)を解いて
(2)  T(t) = T0 + (RS/A) {1- exp[-(A/MC)t]}
が得られます.
当然ながら
(3)  T(0) = T0
(4)  T(∞) = T(最終) = T0 + RS/A
になっています.

A は物体の表面の状態や周囲の状況(空気中か水中か,など)に依存します.
また,物体の表面積に比例するとしてよいでしょう.
    • good
    • 0
この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2001/11/27 18:39

物体が熱放射を受け続けた場合にどういう具合に温度が上昇してゆくか,


という趣旨でしょうか?

なお,
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=171522
も私の回答もご覧下さい.

この回答への補足

時間との関係で、物体の温度がどのように上昇して行くかの考え方と、例えば10秒後に上昇するだろう温度を概算ででも知りたいと思っています。よろしくお願いいたします。

補足日時:2001/11/20 20:19
    • good
    • 0

基礎知識:


1gのある物質の温度を1度(1K)上げるのに必要なエネルギーを「比熱」と呼びます。普通比熱はCという記号を使います。

次のステップ:
つまり、熱放射エネルギーを比熱で割れば、ある時間後にどれだけ温度が上昇するかがわかります。

比熱はどうやって求めるか:
これは、一般に実験で測定して求めるしかありません。ですから、実は、これだけの熱エネルギーを与えて、温度がこれだけ上がったから、比熱はこれだけだ、とわかるわけです。

書物から比熱を知る方法:
こうして実験で測定された結果は「理科年表」に出ているので調べてください。物質によって比熱は異なります。

計算で比熱を導く方法:
しかし、実験で求めるだけではつまらないので、なんとか計算で出せる場合があります。それは、物質が気体で、しかも、「理想気体」の場合には比熱は計算で出すことが出来ます。

結論:
熱放射エネルギーを受けた物体がある時間後に上昇する温度は、熱放射エネルギーを比熱で割ればよい。
比熱を知るには、
1.理科年表をみて物質の比熱を調べる。
2.物質が「理想気体」に近い場合のみ、計算で比熱が求められる。
ということです。

さらに、知りたいことがあればお書きください。

この回答への補足

比熱の単位と、熱放射エネルギーの単位と、温度との関係を教えてください。お願いします。

補足日時:2001/11/20 20:27
    • good
    • 0
この回答へのお礼

ありがとうございました。

お礼日時:2001/11/27 18:40

お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!

このQ&Aを見た人が検索しているワード

このQ&Aと関連する良く見られている質問

Q位置エネルギ と 熱エネルギ の変換

中学生の娘から質問されて困っています。
最近、理科の授業でエネルギについて勉強しているようです。

位置エネルギや電気エネルギ運動エネルギなどですが、それらを変換している現象や機械で、具体的にどのようなものがあるのかという問題です。

今回質問したいのは、タイトルの「位置エネルギ」と「熱エネルギ」を”直接”変換している現象についてです。

位置エネルギを運動エネルギに変換して、さらに熱エネルギに変換するということであれば、たとえば、滑り台を滑ったときにお尻をこすって摩擦で発熱するなど、結構考えられます。 が、運動エネルギなど、別のエネルギを介さないで直接変換するとなると、今のところ思いつきません。

何か、ありますか? もし、思いついたら宜しくお願いします。

Aベストアンサー

例に挙げられたブレーキをかけながら下るという事例は、位置エネルギーと熱エネルギーの直接変換の事例と考えることは出来ませんか。

動き出したところでブレーキを強めて、速度が変わらないように調整すると言うことを考えてみてください。速度が変わらない以上、運動エネルギーは変わっていません。その一方、ブレーキでは熱が発生しています。

最後に減速する時点で、運動エネルギーが熱に変わっていますね。

そもそも、熱エネルギーの実体は分子レベルの運動エネルギーなので、運動エネルギーが間に入るとか入らないかを悩むこと自体が不毛ですが。

Qエネルギーの変化を求める計算についてですが、エネルギー等の変化を求める計算は例えば問題35のように

エネルギーの変化を求める計算についてですが、エネルギー等の変化を求める計算は例えば問題35のように

電池を通った電荷=変化後の電荷-前の電荷

と言うように

Δ変化量=変化後-変化前

勉強したのですが画像の問題36の解答では静電エネルギーの変化は

(最初にあったエネルギー)-(後のエネルギー)

で計算しています。回路にあった静電エネルギーの差がジュール熱になったので前のエネルギーから後のエネルギーを差し引くという理屈は理解できます。

最初にエネルギーが2あって変化後のエネルギーが1だとすると
変化したエネルギーは(後-前)の考えだと1-2=-1になり「変化した量」が、
前-後の考えだと2-1=1で「減った量」が計算出来るということなのかなと思ったのですが「減った量」と「変化した量」の違いがよく分かりません。
記号だらけの複雑な回路や式の場合
どう使い分ければいいのでしょうか

なぜ問36は後-前で計算出来ないのでしょうか

Aベストアンサー

はい、またなんかあったら、なんでもおききください(^^);

Q系全体のポテンシャルエネルギとは

最小ポテンシャルエネルギの原理について学んでおりますが,
"系全体のポテンシャルエネルギ"という言葉がわかりません.

テキストには,天井から吊り下げられた,錘をつけたバネを例にとり,系全体のポテンシャルエネルギを次のように解説しています.

   系全体のポテンシャルエネルギをΠとすると,

     Π=1/2ku^2-mgu (uはバネの伸び)

   となる.

系全体のポテンシャルエネルギとはなんのことなのでしょうか?

私には,

   Π=1/2ku^2

にしか思えないのです.

よろしくお願い致します.

Aベストアンサー

系全体のエネルギーとはa.位置エネルギー、b.速度エネルギー、c.弾性エネルギー、d.熱エネルギーの合計です。他にも電気的エネルギーもありますが。
その中でポテンシャルエネルギーとは熱を無視すると「ある位置において蓄えられるエネルギー」なので、
位置エネルギー+弾性エネルギーとなります。
また、位置エネルギーは相対値ですので、どこにゼロ点を持ってくるかによって決まります。
<CASE1天井からバネの自由長の位置をゼロとした場合>
(1)手で支えてゼロ点にあるときは位置エネルギーは0、弾性エネルギーも0となります。
(2)手を離すと錘はUだけ下がります。位置エネルギーは-mguと失われます。弾性エネルギーは1/2ku^2だけ蓄えられます。
図はないけれど感覚的には分かったでしょうか。

<CASE2地上から上記のゼロ点を基準とした場合>
(1)位置エネルギーはmgH、弾性エネルギーは0.
(2)手を離すと位置エネルギーはmgH-mgu、弾性エネルギーは1/2ku^2。

CASE1の(2)とCASE2の(2)は全く同じ事を言って入る事が分かったでしょうか。CASE2の様に基準を地表にとった場合、その高さ分だけがプラスさせることになります。

この質問は「物理学」カテゴリーの方がもっと専門的に答えてくれる人がいるかも知れません。

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/位置エネルギー

系全体のエネルギーとはa.位置エネルギー、b.速度エネルギー、c.弾性エネルギー、d.熱エネルギーの合計です。他にも電気的エネルギーもありますが。
その中でポテンシャルエネルギーとは熱を無視すると「ある位置において蓄えられるエネルギー」なので、
位置エネルギー+弾性エネルギーとなります。
また、位置エネルギーは相対値ですので、どこにゼロ点を持ってくるかによって決まります。
<CASE1天井からバネの自由長の位置をゼロとした場合>
(1)手で支えてゼロ点にあるときは位置エネルギ...続きを読む

Q物理の問題です。 座標がx(t)=4t^3-6t^2で与えられる直線運動の時刻tにおける物体の瞬間的

物理の問題です。
座標がx(t)=4t^3-6t^2で与えられる直線運動の時刻tにおける物体の瞬間的な速度v(t)の求め方がわかりません。
よろしくお願いいたしますm(._.)m

Aベストアンサー

速度=移動量/時間ですよね

時刻tから時刻t+Δtにおける座標の差分をΔtで割ります。Δtをゼロに近づけていくと時刻tにおける瞬間速度が出ます。
さて、上の計算って微分の定義その物ですよね。
位置→微分→速度→微分→加速度
逆に、
加速度→積分→速度→積分→位置
になります。
物理量って大概割ったり掛けたりして出すので、複雑な式で定義された場合でも微分積分使うととても楽に解けます。

Qリンギングのエネルギ

初めまして、リンギングについての質問です。
当方素人でして、わかりづらい点はご指摘ください!


[ 質問 ]
「リンギングのエネルギの算出方法があればお教え下さい」

[ 背景 ]
高電圧を一定時間スイッチング出力させる装置を作成したのですが、
300V以上で出力しようとすると電源電圧が上昇してしまいます。

周りの方に相談したところ、「電源の出力間にリンギングのエネルギを
吸収する分の抵抗を挿入したら」とアドバイス頂きました。

リンギングのエネルギというのは、オシロで観察した波形のうち、
リンギングにより電圧が上昇している部分の面積を割り出せばよいのでしょうか?

そうした場合、単位が電圧[V] × 時間[s] となりエネルギとは言えない気がします。。

もし正しいリンギングのエネルギの計算方法があればお教え下さい。



大変わかりづらい質問で恐縮なのですが、ご回答、ご指摘、お願いいたします。

Aベストアンサー

リンギングの周波数はどのくらいでしょうか?
分布定数回路で考えるか、集中定数回路で考えるかは、波長によります。
波長[m] = 電波の速度[m/s] ÷ 周波数[Hz]
ですが、よく見かける周波数では
波長[m] ≒ 300 ÷ 周波数[MHz]
で計算できます。
リンギングの周波数から計算した波長と、装置の高電圧をスイッチングして出力する配線長を比べて配線長が波長の1/10以下なら、集中定数回路で考えます。
そのときに蓄積されるエネルギーは、配線のインダクタンスLに1/(2LI^2)、配線間の浮遊容量に1/(2CV^2)です。
IとVは電圧と電流です。

現象をみると、スイッチングしたことによる配線のインダクタンスに発生するサージ電圧(インダクティブ・キックとか逆起電力とかよばれる)の問題かと思います。
解決策は「スナバ回路」で検索してみて下さい。
こんな資料もありました。
http://www.fujielectric.co.jp/products/semiconductor/technical/application/pdf/RH984b/RH984b_05.pdf

リンギングの周波数はどのくらいでしょうか?
分布定数回路で考えるか、集中定数回路で考えるかは、波長によります。
波長[m] = 電波の速度[m/s] ÷ 周波数[Hz]
ですが、よく見かける周波数では
波長[m] ≒ 300 ÷ 周波数[MHz]
で計算できます。
リンギングの周波数から計算した波長と、装置の高電圧をスイッチングして出力する配線長を比べて配線長が波長の1/10以下なら、集中定数回路で考えます。
そのときに蓄積されるエネルギーは、配線のインダクタンスLに1/(2LI^2)、配線間の浮遊容量に1/(2CV^2)です。
IとVは...続きを読む

Q運動量空間の体積要素の中にある状態の数

「散乱振幅と散乱断面積」という資料の4ページに粒子の崩壊の遷移確率を求めるときに
http://kabuto.phys.sci.osaka-u.ac.jp/~higashij/l …

「体積Vの中で量子化しているので、運動量空間の体積要素d^3Pの中にある状態の数は
∑=V*d^3p/(2π)^3 (14)で与えられる。」

と書かれていますが
なぜ状態の数がこの式になるのでしょうか?
またこの(14)式を(13)式に代入するとかいてありますが(13)式にはfについての∑があるだけでpについての∑がありません。
fについての∑とpについての∑の関係が分かりません

Aベストアンサー

では1次元系で長さLの中を運動する自由粒子で同様の事を考えた場合ならわかりますか?

Q貴方が推薦するエネルギは?

もし、SFやアニメなどで出てくるエネルギ(システム)が
ひとつだけ実現出来るとしたら、貴方はは何を推薦しますか。

但し、ある血筋のみ発動出来るとかなど、エネルギを
使うための限定条件があるのは除いてください

推薦するエネルギは、どの作品なのか、その理由も
教えて頂けるとうれしいです。

Aベストアンサー

ガンダムを初めとする宇宙世紀シリーズのMSの動力源である『常温核融合炉』です

現状の原子力発電で使用される核分裂炉と違い、放射性廃棄物は、ほぼ出ませんし
核融合自体、物凄く厳しい条件化(超高温、超高圧)でしか起こらない為、核融合炉を運転中
なんらかのトラブルが起きたとしても、核融合の条件が満たされなくなれば
反応が止まるだけで、常温、常圧でも臨界を迎える核分裂炉に比べれば遥かに安全です

核融合には(重水素+重水素)(重水素+三重水素)(重水素+ヘリウム3)の組み合わせで行いますが
原料となる重水素は水素に対して6500分の1の割合で水に含まれる為
地球に無尽蔵にある海水を使えば、燃料の調達は簡単に出来ます
また、(重水素+重水素)の核融合でヘリウム3と三重水素と中性子が発生しますので
(重水素+三重水素)や(重水素+ヘリウム3)の核融合にも使えます
そして、月の表面には、ヘリウム3が大量に有ると言われている為
将来、月面基地を建設した際、容易に燃料が調達出来る利点もあります

(重水素+重水素)や(重水素+三重水素)の核融合では中性子が生産される為
隔壁が放射化しする問題がありますが、(重水素+ヘリウム3)の核融合では
陽子とヘリウム4しか生産されない為、放射化の問題も解決出来ます

私が常温核融合炉を推薦する理由は

・燃料調達が簡単である
・莫大なエネルギーを得る事が出来る
・放射能問題は原発ほど深刻ではない
・CO2を発生しないクリーンエネルギー

と、言う理由です
ただ、プラズマ化が非常に困難とも言えます
現状では、原子爆弾を使わなければ、核融合を起こす事は出来ません

ガンダムを初めとする宇宙世紀シリーズのMSの動力源である『常温核融合炉』です

現状の原子力発電で使用される核分裂炉と違い、放射性廃棄物は、ほぼ出ませんし
核融合自体、物凄く厳しい条件化(超高温、超高圧)でしか起こらない為、核融合炉を運転中
なんらかのトラブルが起きたとしても、核融合の条件が満たされなくなれば
反応が止まるだけで、常温、常圧でも臨界を迎える核分裂炉に比べれば遥かに安全です

核融合には(重水素+重水素)(重水素+三重水素)(重水素+ヘリウム3)の組み合わせで行います...続きを読む

Q止まっていた質量Mの物体が内部エネルギーEによってm1とm2に割れて反

止まっていた質量Mの物体が内部エネルギーEによってm1とm2に割れて反対方向に一直線上を運動した。Eはすべて運動エネルギーになるとして両破片のその後の速度を求めよ。m1+m2=Mとする。

↑解説をおねがいします。

Aベストアンサー

質量m1の物体の速度をv1,質量m2の物体の速度をv2とします.

運動量保存則より,
m1v1+m2v2=0 (1)
エネルギー保存則より,
1/2*m1(v1)^2+1/2*m2(v2)^2=E (2)

これらを連立させればよいのではないでしょうか?

Q内部エネルギ

ある問題を解いていて、断熱過程における工業仕事と内部エネルギの増加を計算していたのですが、断熱において内部エネルギの計算ってどうすればいいのですか?今分かっている値は比熱比、圧力、体積、初状態の温度(220℃)くらいです。
工業仕事の方は出来たんですが・・・後が全く動かなくて・・・。用いるべき式などヒントだけでも良いので教えて下さい。

Aベストアンサー

工業仕事,とおっしゃっているので,大学,とりわけ工学系で習う熱力学ですね?

断熱ですからQ=0,すると工業仕事と内部エネルギーは等価になります.
だから,工業仕事が求まるなら,それが内部エネルギーの変化分です.
但し符号に注意して下さい.工業仕事によってエネルギーが外部に出るのか,
外から入力されるのか,お間違えなく.

Q2物体の斜衝突における力学的エネルギーの保存について

こんばんは。2物体の斜衝突の問題でどうしてもわからない部分があります。
問題は下記の通りです。         
「滑らかな水平面上に静止している質量Mの小球Bに、質量mの小球Aが速さvで衝突した。衝突後、小球Aは進行方向に対し30°の方向に進み、小球Bは小球Aの衝突前の進行方向とαをなす方向(進行方向を0°とすれば-の方向です。)に進んだ。衝突後のA、Bの速さをそれぞれc、dとする。vとmを既知の量として、d、M、αを求めよ。衝突は完全弾性衝突とする。」
解答では、運動量保存則の式を作った後、完全弾性衝突ということで、力学的エネルギー保存則を使っているのですが、その式が1/2mv2=1/2mc2+1/2Md2 となっています。(mc,Mdの後の2は二乗の意味です)ここで何故位置エネルギーが式の中にないのかがわかりません。  衝突後、それぞれ斜めに飛んだとしたら、位置エネルギーも式の中に加わる気がするのですが・・。   
初歩的な質問ですが、何卒宜しくお願い致します。

Aベストアンサー

位置エネルギーというのは物体が重力に引かれて発生するものでどちらかというと高さでの位置エネルギーと考えたらいいのではないですか。
問題では同一平面状での二つの物質の運動エネルギーの問題となりお互いの位置エネルギーは同じと考えれば無視できるということで説明は付きませんか。