光のエネルギーと体感温度について

光は振動数が高いほどエネルギーが大きいと教わりました。
光電効果で光が電子をたたき出すとき振動数の低い光をどんなに照射しても飛び出してこないが光の振動数を上げると飛び出してくるという説明です。
鉄を熱して温度を上げていくと色が赤、黄、青へと変化し溶け出すといいます。
しかし強い青色を浴びても熱く感ぜづ赤外線が強いほど熱くなりやがて溶け出すのではないでしょうか。つまり振動数の低い赤外線が大量にあれば鉄は熔けるのではないでしょうか？
温度が高いということは
(1)光の振動数が高いことなのか
(2)赤外線の光子数が多いことなのか
(3)エネルギーの量が多いことなのか
よく理解できないのですが？

No.3 回答者： nika0980 回答日時： 2008/12/30 01:50

質問内容から質問者が理系の高校３年生～大学１年生だと考え解答します。

温度とは一般的に原子の振動です。鉄が溶けるのもこの原子の振動によるものです。よって、電子が叩きだされる事とは少し違うのです。

まず光吸収による温度上昇についてです。
温度上昇は原子が吸収できたエネルギーの総量で決まります。共振と言う言葉を耳にしたことがあると思いますが、原子はそれぞれの物質特有の振動数に近い揺れの電磁波以外には反応しません。それ以外の電磁波は物質を素通りしてしまうのです。例えば、１万円を１０００円札５枚と１００円玉５０枚で払う場合、ある物質は、１００円玉しか受けとってくれないとします。この時、その物質が吸収するエネルギーは１００×５０＝５０００円分ということになりますね。可視光は、振動数が小さ過ぎてガラスを透過するし、レントゲンに使われるＸ線は振動数が大き過ぎて人体を透過します。

＜鉄を熱して温度を上げていくと色が赤、黄、青へと変化する。
原子がどのような主にどのような種類の電磁波を吸収・放出するかは、物質以外にも原子の状態（温度）によるのです。（詳しくはマクスウェル分布・ボルツマン分布などを調べてください）

＜青色を浴びても熱く感ぜづ赤外線が強いほど熱くなりやがて溶け出すのではないでしょうか。
人間の体は主に赤外線を熱として吸収するので、感覚的にそのように思われているのだと思います。赤外線のみが熱を発生させるものだとは限りません。因みに紫外線は「熱＝原子の振動」としては吸収されずに「電子の振動」（少し語弊がありますが）として吸収されます。これは細胞の破壊につながるため、これを防ぐために紫外線を「熱＝原子の振動」として吸収できるメラニン色素を体表面に集めることによって、人間は体を守っているのです。これがいわゆる日焼けです。
上記のように、一番良く吸収・放出する電磁波の種類は原子の状態にもよりますし、例えば５００ＧＨｚの電磁波を一番よく吸収する物質も５５０ＧＨｚや６００ＧＨｚの電磁波も多少吸収するので、青色の光も吸収し得ます。

光電効果
光電効果は「電子が受け取ったエネルギー」による現象ですが（この時点で熱と関係ない）、この時飛び出してきた電子１個のエネルギーは、hν-Ｗである言うことが実験的に示されました。ｈは定数、νは振動数、Ｗは物質から真空へ飛び出していく間に奪われるエネルギー（仕事関数）です。この式には「電磁波の総エネルギー量」が関数に入っていません。これは電子が「hνと言うエネルギーを持ったたった一個の光子を受け取った」と考えれば辻褄が合うわけです。これが、光電効果の示す真髄であり、アインシュタインはこの解釈を発表しノーベル賞を受賞しました。因みに良くある誤解ですが、彼は相対性理論ではノーベル賞を受賞していません。

補足として、
「電子の振動」を「電子温度」として扱う場合もありますが、プラズマや高電圧を扱わない限りはあまりお目にかからないと思います。

この回答へのお礼

ご無沙汰いたしました。役立たせていただいております。
小生も不確定性原理、プランク定数、ボイル・シャルルの法則、アボガドロの法則などから独自の次元方程式を導き、この種の熱はド・ブロイの物質波の振動数に比例する・・などと全く一人勝手な説を考えて楽しんでおりました。物質波と電磁波の振動数の関係を次元方程式で示せたのです。
大学は電気系中退、コンピュータのＳＥを経て定年退職、現在６６歳の落第生かつ自由人です。
おかげで超光速粒子タキオン、ニュートリノ、中性子、陽子、陽電子、反陽子なども次元方程式で説明できるようになりました。
あの世に行く前に、世に問うことができればと思っております。

お礼日時：2009/04/18 19:34

No.2 回答者： htms42 回答日時： 2008/12/29 10:54

受信装置についてです。

振動数が高いとエネルギーが大きいというのは電波の場合にも成り立ちます。
空中にはいろんな振動数の電波が存在しています。ＴＶの電波も携帯の電波もラジオの電波も含まれています。でも受信機の回路で決まる振動数の電波以外は受け取ることが出来ません。ＴＶのチャンネルを切り替えると受け取ることのできる電波の振動数が変わるのです。受けとる振動数の電波以外の電波が存在していないのではないですね。

赤外線が熱く感じるというのは赤外線の振動数に相当する受信の仕組みが物体には備わっているからです。分子や、原子、イオンの振動の振動数が赤外線の領域にあります。可視光線ではこの振動にエネルギーを与えることが出来ません。内部に対応した振動が存在していなければ振動を受け取ることが出来ないのです。
高等学校の物理で共鳴、共振というのを習います。電波を受け取るのも赤外線を受け取るのも可視光線を受け取るのもこの共鳴、共振が起こっているからだと考えていいことです。
電子レンジでは２．４５ＧＨｚの電波（マイクロ波）を使っています。食金の中に含まれている水を直接温めています。この電波の振動数に相当するような振動が水の存在状態に関係して存在するということです。これは水の分子と分子の間を結びつける結合の振動に相当するようです。だから液体の水しか関係しません。水をゆすってやることになりますので温度が高くなっていくのです。それが周りの物質に伝わっていきます。

この回答へのお礼

ご無沙汰いたしました。役立たせていただいております。
小生も不確定性原理、プランク定数、ボイル・シャルルの法則、アボガドロの法則などから独自の次元方程式を導き、この種の熱はド・ブロイの物質波の振動数に比例する・・などと全く一人勝手な説を考えて楽しんでおりました。物質波と電磁波の振動数の関係を次元方程式で示せたのです。
大学は電気系中退、コンピュータのＳＥを経て定年退職、現在６６歳の落第生かつ自由人です。
おかげで超光速粒子タキオン、ニュートリノ、中性子、陽子、陽電子、反陽子なども次元方程式で説明できるようになりました。
あの世に行く前に、世に問うことができればと思っております。

お礼日時：2009/04/18 19:33

No.1 回答者： debukuro 回答日時： 2008/12/29 10:03

温度が高いことと電磁波のエネルギーが大きいこととは別問題です

温度が高いとは多くのエネルギーを受け取ってそれを私たちが感じることが出来る形で放出することです
電磁波のエネルギーがいくら高くてもそれを受け散ることが出来なければ温度は上がりません
電気ストーブのヒーターに手を近づけると火傷をします
ところが手を近づけたのと同じ距離にある反射板に触れてもそれほどの熱さを感じません
これは手はヒーターの熱を受け取るが反射板は熱を受け取らないということです
受け取れる形のエネルギーでなければ素通りするか跳ね返されるだけです

この回答へのお礼

ご無沙汰いたしました。役立たせていただいております。
小生も不確定性原理、プランク定数、ボイル・シャルルの法則、アボガドロの法則などから独自の次元方程式を導き、この種の熱はド・ブロイの物質波の振動数に比例する・・などと全く一人勝手な説を考えて楽しんでおりました。物質波と電磁波の振動数の関係を次元方程式で示せたのです。
大学は電気系中退、コンピュータのＳＥを経て定年退職、現在６６歳の落第生かつ自由人です。
おかげで超光速粒子タキオン、ニュートリノ、中性子、陽子、陽電子、反陽子なども次元方程式で説明できるようになりました。
あの世に行く前に、世に問うことができればと思っております。

お礼日時：2009/04/18 19:32