太陽の直射光を鏡で反射させて1点(といってもある程度の面積あり)に当てた時に、光があたる部分の温度上昇を計算したいのですが、どうすれば良いでしょう。
太陽の直射光のエネルギー密度はどのくらいでしょうか?
あと、鏡による反射率と、光のエネルギーの吸収率はどのくらいでしょう(物体により異なると思いますが)?

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A 回答 (1件)

 


  このような問題は、自分で実験して、数値を出すべきでしょう。
 
  まず、太陽からのエネルギー放射は、「太陽定数」というものがあります。これは、太陽が放射している平均エネルギーを、太陽からの距離1天文単位で、光線に垂直な面1平方cm当たりで、出されていて、約1.95カロリーです。ただし、大気での反射や吸収があり、この値の半分ぐらいが地上に届くとされています。測定する日の空の状態で、例えば、晴れていても、大気状態が違うと、値が変化します。この定数は、惑星物理学、地球物理学で、エネルギー収支計算したり、気象のシミュレーションに使います。
 
  鏡の反射率は、鏡によって違うでしょう。100%反射する鏡はないことは確かですが、実際の反射率は鏡によって違うとしか言いようがありません。
 
  鏡の問題とも関係するのですが、物質・物体の光エネルギーの吸収率は、スペクトルになります。金属で、何故、金は黄色く見え、銀は、白く(銀色に)見え、銅は、赤ぽい色に見えるかご存じですか? あれは、光のエネルギーで、振動数に応じて、連続的に吸収率が変化しているからです。金は、黄色以外の光が吸収され、黄色が反射されるのです。銅は、赤が反射され、銀は、ほぼすべての光が、同じ程度に反射されるのです。
 
  どこかに、金属ごとの吸収と反射の全体としての効率の表があるかも知れませんが、それは、光源を限定しての話です。太陽スペクトル光を光源とする場合でも、太陽光は、大気で吸収されます。そんなに変化はないと思いますが、空の大気状態で、スペクトルに変化が起こります。
 
  という訳で、実際に実験するか、さもなければ、入射光線は、太陽定数の半分のエネルギーで、鏡は80%反射し、物体A表面で、エネルギー吸収40%とか、仮定すると、温度上昇が出てくるでしょう。
 
  そんな曖昧な話では困ると言うのなら、「鏡 反射率」とか、「金属 エネルギー 吸収効率」等々で、検索して調べてみてください。何かデータがあるかも知れません。
 
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Q太陽の光を集めると何度ぐらいまで温度を上げることができますか?

太陽の光をレンズや凹面鏡を使って集めると焦点近くでは温度が上がりますが、口径が大きいほど温度が上がると思います。
このとき口径を大きくすれば、どこまでも温度は上昇するのでしょうか?
それとも、太陽の表面温度以上には上昇しないなどの限界はあるのでしょうか?

Aベストアンサー

 A No.2 です。こんなに賛否両論の長い議論になるとは思いませんでした。

炎天下の砂浜で砂がアツアツになっていることがあるのをご存じと思います。太陽光で物を暖めるのに鏡やレンズは無くても良いのです、放熱しないように断熱すれば直射日光でも理論上6000度まで上げることが可能です。凹面鏡やレンズは集光能率を高めるために使われます。

無限に大口径のレンズ、凹面鏡を用いれば、人情としては無限高温を得られそうな気持ちはすますけれども。心の世界はともあれFMnew7さんは物理的にどうかと云うことを聞いておられると思いますので、やはり「熱力学の法則に従う」と言わざるを得ません。

「一点に集中するから」「大口径を使えば」と思う方も居られるようですが、光路と云う物は”一方通行ではありません”ので大口径の凹面鏡やレンズを用いると云うことは集光能率を高めると同時に放熱能率も高めていることになります。

太陽表面温度が理論上の限界です。

Q反射した太陽光って暖かいの?

鏡に反射した太陽光は暖かいのですか?

仮に反射光を1キロ先に、いくつか集めた場合、そこは暖かくなるのかな????

Aベストアンサー

こんにちは。
中学校の理科をおさらいしてみましょう。
光といいますのは「電磁波」となって空間を伝わるものですから、これそのものは暖かくありません。この電磁波の持つ光エネルギーが物質に「吸収」されることによってそれが熱となります。
では「反射」とは即ち、エネルギーが吸収されずに光のまま跳ね返されるということです。従いまして、鏡に反射した光は物質を暖めるだけのエネルギーを持っているということになります。
鏡といいますのはほとんどの可視光を反射させます。ただ、若干は吸収されますし、輻射熱である赤外線はガラスにも吸収されます。ですが、我々人類はこの世で最も反射率の高いものを発明し、それを鏡と呼んで使っているわけです。
因みに太陽光といいますのはほとんど平行に届いていますので、高々1キロ先では拡散の心配はありません。ただ、その間の空気やチリによって吸収、散乱しますので、その分効率は落ちます。

Qレンズで光を集めて・・・

 例えば太陽光を凸レンズで集光して、物を焼いたりする事ができますが、その焦点の温度は何度まで高くする事が可能でしょうか?

例えば、太陽光の表面温度が6000度とすると、それ以上の高温を発生させる事はできますか?

 理論的な限界はあるのでしょうか? よろしくお願いいたします。

Aベストアンサー

『焦点の温度』の意味によって答えは変わってきます。

焦点の位置での『光そのもの』の温度(※)であれば、光源の温度を越えることは基本的にはできません。

焦点の位置で光に照射された『物体』の温度であれば・・・申しわけありませんが、わかりません。

後者の場合、完全に断熱して受けた光のエネルギーをすべて熱に変えてしまえばいくらでも温度があがりそうですが、温度があがると今度はその物体自身が光を輻射してエネルギーを失うことになりますので、太陽光からもらうエネルギーの増分と輻射によるエネルギーの損失がバランスする所で温度は決まるのではないかと思います。それが何度になるか・・・・わかりません。直感的には光源の温度は越えないような気がします。が、現実的には、光を通過させ6000度に耐える容器が果たしてあるのか、本当に断熱出来るのか、という問題があって6000度まで上げるのは無理ではないかと思います。

※ 『光そのもの』の温度
太陽の温度が六千度とかシリウスの温度が一万度とかという温度がどうやって決まっているかというと、そこから来る光のエネルギー分布(エネルギー=定数×振動数=定数×(1/波長)という関係があるので、振動数分布、または、波長分布で表現される)によって算出します。有限温度の物体(厳密には黒体)からは常に(広い意味の)光が放射されており、そのエネルギー分布は物質の種類によらずプランク分布の式に従います。この式に含まれているのは、温度と波長(振動数)以外はすべて物理定数ですので、温度を決めると波長(振動数)分布が決まってしまいます。そこで、光源から放射される光のスペクトル分析(振動数分析)を行い、測定されたスペクトルとプランクの式が一致するように温度は決められます。

したがって、『光の温度』というのはあまり正確な表現ではなく、『光源の温度』というほうが本来は適切です。しかし、光のエネルギー分布を『光の温度』とする用法は、『色温度』として使われています。『色温度』は光源の温度とは無関係にエネルギー分布で決まりますので、フィルターを使ってエネルギー分布を変えてしまえば、色温度を変更することが可能です。上で、『基本的にはできません』と書いたのはこれを意識したためで、大気の状態によって、あるいは、フィルターを使うことで『色温度』はかわります。

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%BB%92%E4%BD%93%E6%94%BE%E5%B0%84

『焦点の温度』の意味によって答えは変わってきます。

焦点の位置での『光そのもの』の温度(※)であれば、光源の温度を越えることは基本的にはできません。

焦点の位置で光に照射された『物体』の温度であれば・・・申しわけありませんが、わかりません。

後者の場合、完全に断熱して受けた光のエネルギーをすべて熱に変えてしまえばいくらでも温度があがりそうですが、温度があがると今度はその物体自身が光を輻射してエネルギーを失うことになりますので、太陽光からもらうエネルギーの増分と輻射による...続きを読む


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