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★初歩的っぽい質問ですいません。
例えば、光源となる機械またはランプが発熱することは考えないとして、めちゃめちゃ強い光をひたすら同じ場所に当て続けると、「光」自体のせいで熱が発生して、光を当てられた側の温度が上がるって事はありますか?
☆「光」自体が熱を発生させる事ができるのでしょうか?よろしくお願いします。

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A 回答 (10件)

レーザーシステムを研究していた者です。

回答者の方々のアドバイスが質問者の方にとって一寸難しいようですね。
光と言っても色んな光があります。音には、超音波と言って私たちの耳では聞き取れない領域の周波数がありますね。光にも同じように、私達の目に見える領域(可視光域)の光、他には紫外光、赤外光など目に見えない領域の光があります。
その一つにレーザー光があります。光は基本的には電磁波(携帯電話等に使用されている電波)の1種です。周波数が2兆Hz以下の物を電(磁)波、それ以上の物を光と言います。
レーザーについては、皆さんある程度情報はあるかと思いますが、鉄等を瞬時に溶融出来ます。材木などは焦げ目を付けずに穴を開けることは造作もありません。
つまり、光で被加熱物を加熱できます。
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この回答へのお礼

レーザーは、虫眼鏡とは原理がまったく違うんですよね?なんか反射反射で波長をどうにかして装置の半透明の鏡みたいなところから要するに光の濃いぃ~の(レーザー)が出るって言うのを…習った気が…。まぁいいんですそこは(笑)!
とにかく、光は物を溶かすくらい相手に熱を与える事が出来るということですね。
ありがとうございましたm(__)m。

お礼日時:2003/03/11 17:46

 こんにちわ。

 まだ質問として掲載されていますので、一言。
 あなたのレベルが分かりませんので、科学に白紙の人も分かる様な説明をさせてもらいます。
 あなたの質問から、「光」と言う文字の意味、又は定義、を理解しているかどうかはっきりしませんので、光の言葉から説明していきます。

 言葉には、古代から、5感の目、見る、聞く、味、臭い、触覚で見る現実のまま作られてきた、人それぞれの経験や実感によって、どのようにも解釈される、曖昧日常生活用語と、後世になって、目に見えない、感じ取れない例えば、原子という、自然の動かない根本事実を探り当て、コミニュケイションに必要上つけた、
一通りの意味の、融通の効かない、ごまかしの効かない、はっきり言葉の科学言葉が入ってきました。

 曖昧な生活用語に物足りない人が、原因(手品の種)を探り当てようとする人が増え、科学という言葉の世界を作りました。

 科学の文字は、自然の神が演出して見せている自然の事実には、動かない数少ない、手品の種があるであろう、と探りを入れているのが自然科学の分野、略して科学です。それに従事する人を科学者といいます。

 はっきり言葉の世界が好きで、曖昧言葉の世の中が性に合わない人は科学向きと言えます。政界はご承知のように曖昧言葉に耐えられる人でなければ、とても勤まりません。ストレスですぐ体を壊してしまいます。
 文学者や宗教信者の中には、ハッキリした融通の効かない言葉の科学を嫌うひとが多いのも事実です。

 言葉は、特に、科学用語は、言葉の意味(定義)さえ理解すると、どのようにも解釈できる日常曖昧用語でないですから、全て理解できてしまうのです。
 大学教授も、親切、不親切は別にして、1つきりの意味しかないハッキリした科学用語の定義を実験し実感し、暗記し、それを根拠に今後の研究にはげみながら皆さんにも教えているのです。言葉の意味の理解が、理解のカギなのです。以下その説明例になります。

 光は曖昧生活用語です。
 この曖昧な光の正体を突き止めて、電磁波と名付けました。
では、この電磁波と言う文字の意味は何か。
電気の波と磁気の波がくっいて高速で振動して飛び回っている物につけた簡略語です。
 では、電気とは何か。これは、昔1733年ころフランスのディユフェイが、摩擦で起きた吸引反発する力を放出している元が、同じ記号の電気同志は反発しあい、異種同志は吸引しあうと言う2種類であることを突き止め、当時正体不明であった物質に対し、現在、+とーで印をつけ、静電気と名前を付けたものです。その発見に至る様子は省略。

 磁気とは、磁石を動かす透明な力を空間に放出している気配の事。
 これは昔、エルステッド教授が、電流していたら、そばに置いてあった方角を知る為のコンパスを、電線の電流に対して必ず直角方向に向けてしまう透明な力を、電流の回りに放出している事を突き止め、それを現在、磁力とか磁気力と名付けているのです。実感を持てるように、ファラデーは磁力線で(説明省略)表現するようにしました。
 この発見事実から、今後、

 +-の電気の粒子から静電気の透明な力が行き渡っている空間を、電気工学では世界の「界」を用いて「電界」と呼び、物理学では、場所の場を用いて「電場」と呼ぶことにしています。そして実感をもてる様に、「電気力線」で表現する事にしています。electric field の訳の違いです。
一方、電流が流れて回りの空間に放出される、透明な磁気の力が行き渡っている空間を、電気工学では、「磁界」と呼び、物理では、「磁場」とよぶことにしています。実感を持てる様に、ファラデーが磁力にそって描く磁力線で表現します。
 磁界と磁場は、英語のmagnetic field の訳の違いです。

 今後、「電界」(電気力線)を行き渡らせている粒子の存在場所を、いちいち気にしないで、電界が存在する空間に原子、分子、物質を置いた時の事を、探っていく手段が現実的、且つ有効手段となります。これを覚えていましょう。
 「磁界」についても同じです。
 
 電磁波とは、電気の力「電界」と磁気の力「磁界」が直角に組み合わさって、力の大きさと方向を高速度で変化させて振動しながら、光の速さで飛んでいるものに付けた名前です。
 
 だから、地球上の空気(曖昧用語)、水を含めた生物、人体、鉱石、岩石の自然は、+電気を帯びた原子核とその周りを回るー電気を帯びた電子で出来た原子と名付ける粒子で出来ているから、全て、電磁波の力で振動させられることになるのです。そして振動がイコール発熱と言う事実も分かっています。

 ここでもう一つ、科学で探り当てた自然の原理があります。共振、又は共鳴と名付ける現象です。
 
 原子、分子、から、ベーターカロテン、細胞、樹木、鉄塔・・の果てまで、大きさ、重さ、形に応じて、加える力の振動数に共鳴する振動数が原子分子、物質毎にみな違う自然現象がある事が分かっています。
 つまり共振しないと、振動しませんから、発熱しません。
振動=発熱ですから。
共振の例は、ブランコで実感できます。押すタイミングが外れたらうまく揺らせませんね。

 原子力発電で、中性子の速度を、水の摩擦で落として、ん熱中性子のエネルギーにしてUrに打ち込むと、U235に共鳴して吸収され、核分裂を起こして熱エネルギーを放出する事をエンリコフェルミが実験して突き止め、原子爆弾が作れたし、原子力発電にも応用出来たのです。この時、U238 の方は共振しないので、分裂しません。共振するかしないかかが問題になる科学知識きでした。

 身近には、電子レンジがあります。この装置は、中で電子に振動を起こし、電磁波を発生させ、その力で、+-の電気を帯びた水分子を共振させて、発熱させているのです。電子レンジは、水分子が共振する振動数の電磁波を発生するように設計してあります。その振動数は、24億5千万回と言います。

 その他、光、つまり電磁波は、プランクとアインシュタインの研究から、周波数(振動数)がνの波は、hニュウ のエネルギーを持って飛んでいる粒子と同じ動作をすることが確かめられているので、波で考えても、粒子で当てはめて理解しても、その時の理解に都合の良い方を使えばよい事になっています。
 Siを使った太陽光発電装置は、粒子の衝突を使った理解をします。TVの撮像カメラ・・も電磁波(光)を上記エネルギーの粒と考えてよい事が正しい事から、組み立てられた装置です。

 何を話しているのか混乱してきましたので、これでおしまいにします。
見当違いの話をしていましたらごめんなさい。
 科学は、言葉の意味を分かる事が全て、と何10万あるか分からない枝葉の専門用語(これからも増え続ける)に振り回されることなく、ごく少数の、基本知識「電気、と重力」、の力で自然が動いていること(私たちの筋肉も電気で動いている)をしっかり覚えて、以下同文と言う覚え方をすると、限りなく作られる専門語に幻惑されません。
 最近の科学用語辞典には、45万語科学辞典と言うのが図書館にありました。
医学、栄養学、工学、科学、物理、を含めたのが科学です。参考まで。
 
 光についてどうですか?
 ではまた。

この回答への補足

すいませんここちょっとお借りします…。
みなさんの回答を自分なりに頭で整理したつもりなんですが…。
結論は、光は照射した物質に熱を持たせる事が出来るということで、自分の質問の、「光が熱を生み出す」というのも、解釈によって違うかもしれないけど可能。
さらに、その照射される物質の材質によっても、光を吸収するか否かで、温度が上がったり、、またはまったく上がらなかったりすると言う事。
☆どうでしょうか…って締め切っちゃったら何も返事返ってこないんですよね(^_^;)。でも、結果的に出来る出来ないが分かったのでヨシとします(笑)。
みなさんどうもありがとうございました。

補足日時:2003/03/11 18:01
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この回答へのお礼

スゴっ!でも自分が質問したんです。そして丁寧に回答してくれたんです!ありがとうございました。
頑張って読んだんですが…結局のところ結論が分かりませんでした(泣)!すいません。
振動イコール発熱ってトコくらいまでは分かったんですが、その先が…。
そこまでのところで言うと、光は、照射するものに、もんすごい微細な振動を起させて、発熱させる…という事で…いいんですかね?だからレーザーはそれが強力すぎて解かしてしまうほどだ…と。
わざわざ回答してくださったのに曖昧な理解ですいません。
ありがとうございましたm(__)m。

お礼日時:2003/03/11 18:01

対象物が光を吸収すれば、多くの場合、光のエネルギー分温度が上がります。


当てた光が完全に反射若しくは透過すれば温度は上がりません。
加熱(熱伝導)には、1)接触による伝熱、2)物質の移動による伝熱(対流伝熱)、及び3)光による伝熱(輻射伝熱)があります。
高温での熱伝導は主に輻射伝導が支配的になります。
因みに、太陽によって地球が暖まっているのは太陽からの輻射伝熱(光による熱伝導)によるものです。(太陽から地球までの間には熱を伝えるものは無いでしょ)
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この回答へのお礼

あ、やっぱ光に熱が乗ってきてる(語弊があるかも…)んですね太陽光は!もともとあったかいですもんねぇ太陽光。いやはや蛍光灯でも出来るのかが気になりますね。頑張れば出来そうな気はするけど…。
ありがとうございましたm(__)m。

お礼日時:2003/03/11 17:51

ちょっと.難しい点があるのですが。



まず.「光」という物をかんかえてみましょう。ラジオ波とか.かしこうとか.ガンマー線とか.いろいろあります。
共通している内容は.「こうし」という粒が振動していることです。
こうしが.物にぶつかると.運動エネルギー保存の法則を思い出してください。物にこうしのもつエネルギーが移ります。ここで.運動へねるぎーから熱が発生します。

ところで.こうしが.ぶつかる物ににはいろいろな種類があります。
たとえば.鏡に光を当てると.反射してしまいます。
消しゴムとか.豚肉にX線をあてると素通りしてしまいます。

ということで.光がどの程度ぶしつに吸収されるか.という指標として「こくど」という指標があります。
黒度0では.一切吸収されない場合.こくど1では.すべての光が吸収される場合です。

こくど0のぶしつがあれば.温度は上がりません。こくど1のぶしつならば.すべての光のエネルギーを吸収して熱エネルギーになります。
例外として.太陽電池があるのです。これは.少しのエネルギーを電気エネルギーに変えます。食塩なども.X線を当てると黄色に光りますから.こうしのエネルギーが別のこうしのエネルギーに変わってしまった場合でしょう。他にもあるかもしれません。

ただ.こくど0のぶしつにもこくど1のぶしつにもであったことがありません。限りなく0に近いものが鏡であり.限りなく0に近いものがこくえんですから。
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この回答へのお礼

あ~…。なんか自分の考え方をちょっと変えねばならないような気が…しました。
光を当てりゃなんでも熱くなるのではなく、当てた物質が光を吸収してくれないと上がるモンも上がらないという事ですね?なるほど…。相互関係(?)みたいなのも考えて判定しないと上がる上がらないは分からないんですね。漠然とした質問すぎました。反省します。
なんか新しい事が分かりました。
ありがとうございました。

お礼日時:2003/03/11 17:39

よく考えるとかなり難しい問題のような気がしますが....


光を特定しなければ、可能ですというか殆ど熱を発生します。
逆に、熱を発生しない光も存在するような気がするので...

一応、命題としては
単一光線λが共振させる分子αというものが存在すれば、熱が発生するので、

光線λと共振する分子αが存在しない λがあれば、その光は熱に変わりません
少なくとも可視光線では存在しないのか...見えるのだから...

だれか証明してくれないかなぁ...
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この回答へのお礼

ら、ララ、ラムダですよね…?λ←コレは!物理の授業ででやったような気がします…(1)Bの授業で(^_^;)。しかしコレ難しい!すいません分かりませんでした(笑)!せっかく回答していただいたのに…。すんません。
ありがとうございました。

お礼日時:2003/03/11 17:34

できますよ。


鏡300枚?程度の太陽光を集めて、鳥の姿焼きを名物にしてる店が、タイにあります。
火力?が強すぎて、家まで燃やしてしまった事があるみたいです。

昔、TV(01/08/26 タイ王国おかず探し!!突撃ほかほかごはん隊(日テレ) )番組で放送されてました。

リンクは、その番組の紹介ページですが、その記事はありますが残念ながらその焼き鳥の写真はありません。

参考URL:http://www.ctv.co.jp/rating/go/2001/08/1701.html
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この回答へのお礼

あぁ!知ってますそれ!「オイオイそこまでしなくても火起せばいーじゃん」って言うくらいごっつい装置(?)のヤツですよね。なーるほど。と言う事は前の方の回答ににあったような「虫眼鏡」と原理は同じですね。
あ、今ふと思ったんですが、蛍光灯の光を集めても同じ事が出来るんでしょうか?太陽光はなんか色々と成分を含んでいそうで、蛍光灯でも同じことが出来るかというと疑問に思えてきました…。
回答ありがとうございました。

お礼日時:2003/03/11 17:29

 自信は無いのですが参考にしてください。


 大学の講義でレーザーに関することを聞きました。レーザーを当てて対象物を熱で溶融させて切断する加工方法があります。
 また、熱は伝導、対流、放射の3通りのうちどれかの方法で伝わり、多分、ご質問の内容からすると放射伝熱のことかと思います。発生するのではなく、別の場所から熱のエネルギーが運ばれるという事です。その際、可視光(目に見える光)よりも波長の長い赤外線が媒介します。つまり、目には見えない光のようなものが熱を運んでくるという事です。
 宇宙は真空に近い状態なのに太陽から熱が運ばれてくるのはこの「放射」によるものです。太陽は目に見える光はもちろん、目には見えない光のようなものをいっぱい出していてそのうちの一部分が熱として地球に運ばれてくるわけです。
 「放射」は本によっては「ふく射」と書いてある場合もあります。何か誤りがございましたら専門家の方、ご指摘ください。
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この回答へのお礼

運んでくる…!?と言う事は…ん!?
でもレーザーは物を溶かすくらいスゴいエネルギーですよね。しかも光で。
あ、伝導か対流か放射のどれで伝わるかによって、熱の運ばれ方(?)も変ってくると言う事…ですか。スーパー素人ですいません。
ありがとうございましたm(__)m。

お礼日時:2003/03/11 17:17

できると思います。


どんな形のエネルギーでも最終的には「熱」に変わります。
言い換えると「熱」はエネルギーの残りかすなわけです。
地球温暖化の一つの原因も人間の生産活動に費やされたエネルギーが
大気中に熱として放出されているからでしょう。
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この回答へのお礼

地球温暖化まで関係してきますか…。
エネルギーが最終的に熱に変わるなら光も同じと考えていいですね。
ありがとうございました。残りカスかぁ。なるほど…。

お礼日時:2003/03/11 17:11

可視光線で熱って発生するのでしょうか。


私は、詳しくないんですが、光よりも波長が長い赤外線
のほうが、物体を加熱すると思います。

でも、可視光線も熱に変わらなければエネルギーの法則
が成り立ちませんよね。

回答でなくてすみません・・・。
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この回答へのお礼

波長…が関係してくるという事ですか。
なんしか種類よっては熱を発生する事も出来るよ という事ですね?
ありがとうございましたm(__)m。

お礼日時:2003/03/11 17:07

単純にお答えすると、「あります!」


一番わかりやすい例が、虫眼鏡で、光を集めて紙を燃やす実験です。
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この回答へのお礼

回答早っ!ありがとうございます。しかも分かりやすかったです。なるほど~。

お礼日時:2003/03/10 02:07

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 分子が紫外線を吸収すると、電子状態が励起されます。次に振電相互作用により高い振動状態の基底状態へ遷移します。この高い振動状態と励起される前の振動状態のエネルギー差が色々な振動運動に分配され、「間接的」に熱として放出されます。
 
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ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

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試験片にかかる引っ張り力は、

40kgf = 40kg×重力加速度
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ある試験片に40kgの重りをつけた時の荷重は何Nをかけてあげると、重り40kgをつけたときの荷重と同等になるのでしょうか?

なんか、日本語が変ですね。
「ある試験片に40kgの重りをつけた時の引っ張りの力は何Nの力で引っ張るのと同じですか?」
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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自由研究(どの色が一番光を吸収するか)

私は中学2年で、今自由研究をしています。その自由研究の内容はまず透明なプラスチックコップに黒、白、赤、緑、青、なにもはってないもの、の6つを用意し同じ量の水をいれ太陽の光がよくあたる場所(外)におきました。そして30分後と1時間後にそれぞれのコップの水の温度をはかりました。そしたらこんな結果になりました。

       赤   青   黄  黒  白  なし
30分後  35,5  35,8  35  36,3 34,5 36
1時間後  35,8  36   35,5  37  35,2 36,2

こんな結果になりました。
この結果からは『白→黄→赤→青→なし→黒』
となりますが、一番黒が光を吸収し白が一番光を吸収しないとゆうことであってるのでしょうか?
『白→黄→赤→青→なし→黒』何故このような結果になったのでしょうか?色の濃さが関係しているんでしょうか。

Aベストアンサー

>一番黒が光を吸収し白が一番光を吸収しないとゆうことであってるのでしょうか?

水温が光の吸収のみに依存しているのでしたら実験結果をみるとそういうことになりますね。


>色の濃さが関係しているんでしょうか。

色の濃さが関係しているかもしれませんし、そうでないかもしれませんね。
色の濃さが変化に関係しているかどうかを実験で確かめてみてはどうでしょうか?

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 熱の正体は、分子の振動!よく解りました。
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一体なんなのでしょうか?分子が振動させるた
めには、どのような作用が働くのでしょうか?
エネルギーって、言葉自体が漠然としていませ
んか?イメージ出来ません。ぜひ又、ご教示を!

Aベストアンサー

エネルギーというのは、簡単に言うと”潜在能力”といっていいと思います。つまり、「エネルギーが在る」とは、「何かをし得る能力が在る」と翻訳できると思います。でも、直感的には「何かをする」には「何らかの力が働く」と考えるのが普通でしょうね。

で、おたずねの件の「分子を振動させる作用」ですが、このように考えたらどうでしょう?

化学結合している2原子分子、A-Bが真空中に在るとします。イメージ的には、バネでつながった2つの球を考えて下さい。
このままでは、振動は”しない”はずで、A-B 間の距離も変化しないでしょう(原子は大きいので、零点振動は無視しますね)。この時のA-B 間の相対位置を基準位置とします。この分子にとっては、この相対位置が安定なのです。

この分子が振動するには、何らかの力が必要です。叩いてもいいし、どうにかして分子中の電子分布を変化させてもいい。そのような何らかの力によって初速度?をもった分子は、”基準位置に戻ろう”とします。つまり、分子は何らかの力を受けたため安定でなくなり、”安定になろうとする能力”、すなわち”エネルギー”を受けたことになります。あとは振り子の場合と同じで、「運動エネルギー」と「位置エネルギー」の交換が起き続けることになります。これが振動の原理ということになります。まあ、巨視的な振動と基本的には同じですね。

最初の初速度は何によってもたらされたのかは、たぶん宇宙誕生と関わりが在ることなのでしょうね。そちらは専門ではないので、代わりにこのような分子の振動が変化する場合はどういう場合かついて2つ述べましょう。

まず一つは、atsuotaさんと同じく、分子間の衝突が上げられますね。

もう一つは、光(=電磁波;分子の振動に対しては、赤外線)によるものです。これは、分子が荷電粒子(電子・陽子)の集合体であるためで、それらと電磁波における”(振動)電場”とが相互作用します。

エネルギーというのは、簡単に言うと”潜在能力”といっていいと思います。つまり、「エネルギーが在る」とは、「何かをし得る能力が在る」と翻訳できると思います。でも、直感的には「何かをする」には「何らかの力が働く」と考えるのが普通でしょうね。

で、おたずねの件の「分子を振動させる作用」ですが、このように考えたらどうでしょう?

化学結合している2原子分子、A-Bが真空中に在るとします。イメージ的には、バネでつながった2つの球を考えて下さい。
このままでは、振動は”しない”はずで、A...続きを読む

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こんにちは,光の吸収について勉強しています.

物質の電子のエネルギー準位は,とびとびのレベルをとるために,吸収する波長が限られる.基底準位と励起準位の差分エネルギーに相当する波長を持つ光が吸収される.

と理解しております.すなわち,物質は何でもかんでも全ての光を吸収するわけではない,ということですね.すると,

1.例えば,何かの透明でない板(木でもプラスチックでも)があったとして,それが透けて見えない理由はなんでしょうか.この板の中にはあらゆる波長の光が吸収される程多くの色々な物質が入っているということでしょうか? 

2.青い板があったとして,これは青以外の波長の光を吸収しているということですが,なぜ透けていないのでしょうか? 表の青色は,裏面からの透過光(を含んでいる)とは思えませんが.

3.Siの単結晶板も透明でありませんが,Siのバンドギャップは赤外域の波長(1200nm)に相当するようです.なぜ可視光を透過しないのでしょうか.

光の吸収を勉強していて,当たり前に思えていたことに疑問を覚えました.何か勘違いしているかも知れず,これも危惧しております.どうか,回答お願い申し上げます.宜しくお願いします.

こんにちは,光の吸収について勉強しています.

物質の電子のエネルギー準位は,とびとびのレベルをとるために,吸収する波長が限られる.基底準位と励起準位の差分エネルギーに相当する波長を持つ光が吸収される.

と理解しております.すなわち,物質は何でもかんでも全ての光を吸収するわけではない,ということですね.すると,

1.例えば,何かの透明でない板(木でもプラスチックでも)があったとして,それが透けて見えない理由はなんでしょうか.この板の中にはあらゆる波長の光が吸収される程...続きを読む

Aベストアンサー

よいご質問だと思います。実は深く掘り下げると奥の深い話になってきます。
とりあえずは基本部分のみ説明しましょう。

ご質問では透明ではないという理由をお考えですが、その場合には、単に吸収だけではなく散乱、反射も考えなければなりません。

まずは吸収からいきましょうか。
基本的には、

>物質の電子のエネルギー準位は,とびとびのレベルをとるために,吸収する波長が限られる.基底準位と励起準位の差分エネルギーに相当する波長を持つ光が吸収される.

その理解でよいです。
ではその吸収する波長幅はどの程度になると思いますか?
幅が0になるでしょうか。実は0にはなりません。
このスペクトルの広がりには大きく分けると均一広がりと不均一広がりがあります。均一広がりの代表的なものは、励起準位の寿命です。
寿命が短いと幅は広くなります。(これは有限時間の波では単一周波数にはなりえないからでフーリエ変換すればわかります)
言い換えると励起準位自身が幅を持っているということを意味します。

次に不均一広がりですが、一つはドップラーシフトです。分子・原子毎にこのシフトがランダムにおきますので、全体として広がりを持ちます。特に気体では顕著ですが固体も格子振動していますので生じています。もう一つは原子・分子が周囲の原子・分子の影響を受けて共鳴する励起準位にずれが生じます。これも一つの原子・分子では広がりは見えませんが、集合体としては広がりを持ちます。

上記に書いた均一広がりや不均一広がりの原因はあくまで代表例であり、このほかにも色々あります。

さて、次にでは物質にはどの位の共鳴する励起準位があるのでしょうか?
構造が単純な原子でも実はかなりの数があります。それが分子となり、さらには分子の集団となるとき、その数は非常に多くなってきます。

つまり、整理すると、一つ一つの励起準位を取り上げても広がりがあり、それが更に沢山存在するわけですから、それらは重なり合い全体に吸収する部分が容易に生じるわけです。

そのため普段見かける物質の大半は幅広い範囲で吸収を示し、まったく吸収を示さない波長はほとんどありません。もちろん吸収の程度にはかなり差がありますが。

さて、吸収の次は散乱です。
一番わかりやすいのは磨りガラスです。ガラスは本来透明ですが、沢山の傷により光は色んな方向に散乱します。当然光源側に戻る成分もあり、透過率は100%では無くなります。また透過した光も散乱されているため、透明ではなく濁っています。

散乱の物理的原理を説明し出すと大変なので詳細は省略しますけど、基本的には原子・分子で一度光が吸収されてまた光として再放出される時に環境がランダムなので、方向もランダムになるという現象です。(環境が均一ならば入射光と同じ方向に進む光になり、これは透明体と同じです)

最後には反射です。
ガラスでも水面でもそうですが、斜めから光を入れると反射が強くなります。
つまり透過光量は少なくなります。
極端なのは金属反射です。実は金属のような導電体では光の電場を打ち消すように自由に動ける電子がいるため、この電子により電場か打ち消され、進入できません。その場合、その光のほとんどが反射してしまうわけです。(わずかには吸収されますので、それが金属毎に微妙に違う光沢の色になります)
つまり金属はそもそも電場を打ち消されて進入できないので、光を通さないわけです。


さて、これで吸収、散乱、反射の三現象がわかりました。


>1.例えば,何かの透明でない板(木でもプラスチックでも)があったとして,それが透けて見えない理由はなんでしょうか

まず、木で考えると、木を非常に薄くすることを考えてみます。カンナくずはその代表例です。すると光が散乱されるけど透過することがわかります。
これにより、まず強い吸収があることがわかります。
また散乱もあることがわかります。

反射は?
たとえば木の表面をカンナがけしてきれいな面にすると、正反射の位置で太陽光を反射させてみると表面が輝き光が反射しているのがわかります。つまり反射もあるわけです。でも木が見えるということは、単に反射のためだけではなく散乱もあるということに気がつくでしょう。でないと木が見えません。

プラスチック板でもなんでもやはり同じですね。


>2.青い板があったとして,これは青以外の波長の光を吸収しているということですが,なぜ透けていないのでしょうか?

こちらももうわかると思います。
青い板が見えるのは基本的には散乱によります。
ただ青く見えるのは何故でしょうか。それは青以外の波長は散乱より吸収が強いからということに他なりません。散乱時点でも吸収が強い波長の場合には散乱するより吸収が強くなるわけですね。

たとえばプラスチックの青い板をうんと薄くするとどうなるでしょうか。青いセロハンになるわけです。青い光は吸収が少ないけど他の色の吸収は強いわけです。

ただ青いといっても、青の光をまったく吸収しないわけではありませんから、厚みをますと結局光は透過して見えることはなくなります。


>3.Siの単結晶板も透明でありませんが,Siのバンドギャップは赤外域の波長(1200nm)に相当するようです.なぜ可視光を透過しないのでしょうか.

バンドギャップより長波長はエネルギーが低いので透過しますね。
で、半導体の場合には単純に一つの準位ではありません。いくつもの吸収する準位があります。そのためそれら準位の重ね合わせとして幅広く吸収が生じています。
つまりバンドギャップEgより短波長では吸収領域が幅広く存在しているわけです。

もう一ついうと、光により励起された電子は価電子帯にいるわけですから、その構造はかなり金属と似ています。そのため見かけは金属と似た感じの金属反射のような感じに見えるわけです。

よいご質問だと思います。実は深く掘り下げると奥の深い話になってきます。
とりあえずは基本部分のみ説明しましょう。

ご質問では透明ではないという理由をお考えですが、その場合には、単に吸収だけではなく散乱、反射も考えなければなりません。

まずは吸収からいきましょうか。
基本的には、

>物質の電子のエネルギー準位は,とびとびのレベルをとるために,吸収する波長が限られる.基底準位と励起準位の差分エネルギーに相当する波長を持つ光が吸収される.

その理解でよいです。
ではその吸...続きを読む

Q光エネルギーについて

光エネルギーについて教えてください。

光エネルギーとは?
 (熱エネルギー=分子の運動による摩擦エネルギー)    (分子の持つ運動エネルギー)
 (位置エネルギー=位置の持つ落下のエネルギー)
   (引力)
 (電気エネルギー=電子の移動によるエネルギー)
 ※間違っているかもしれません。

又、光エネルギーには、エネルギー保存の法則(詳しくは、知りません)は、当てはまるのでしょうか?

又、当てはまるのであれば、どのようなエネルギーに変化するのでしょうか。

基礎知識がない為、わかりやすく説明していただけたら、幸いです。
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

電磁気的なエネルギーです。
光と一言に言っても要するに電磁波に関してですよね?
光子(フォトン)の集まりと考えるならフォトンの持つエネルギーが光のエネルギーです。
電磁波を波としてとらえるなら波のエネルギーです。電場磁場の形でエネルギーが存在しています。

光に対してもエネルギー保存則は成り立ちます。
光はガラスを通るときにガラスを加熱し光としてのエネルギーを失います。

エネルギー変換ですが
レンジでチンしたらマイクロ波のエネルギーが熱エネルギーになります。
太陽電池に光を当てたら電気的なエネルギーになります
光合成では化学的なエネルギーに変換しています(光は電子を励起するだけなので、直接の変換とは言えないかもしれませんが)

やろうと思えばどんなエネルギーにもなるかな。
光から光への変換もできます。非線形結晶というものを使うと高調波、つまり短い波長の光を得られます。


補足:小学生に分かるようにと言う注文には応じられないかもしれません。

光子とは、素粒子の一つで光の粒と考えてください。一般的に想像しうる物質とはかけ離れているとおもいますので、こんなもの!といったとらえ方が難しいです。

金属表面では光電効果といった効果もおきます、これは光の粒子性を示す効果として有名です(アインシュタインはこれでノーベル賞をもらっています)
金属表面に限らず光がモノに当たれば何らかの相互作用をします。壁などのように電気を通さない物質でも表面に光が当たれば壁に含まれる電子と相互作用をします。
たとえば壁に光が当たって反射してくる場合は

壁面に当たったときに光のエネルギーが壁の電子のエネルギーに変換されます。続いて電子のエネルギーが再び元の状態に落ち込もうとして光を出します。このときにのエネルギーが光となって再び壁から放たれます。

電極が無くても物質が存在すれば何らかの相互作用をします。
レーザーなどのようにエネルギー密度をとても大きく出来るような光はモノを切断したりすることも出来ます。モノが切れる原理はエネルギー変換による加熱です。

参考URL:http://www.dango.ne.jp/anfowld/Lights.html

電磁気的なエネルギーです。
光と一言に言っても要するに電磁波に関してですよね?
光子(フォトン)の集まりと考えるならフォトンの持つエネルギーが光のエネルギーです。
電磁波を波としてとらえるなら波のエネルギーです。電場磁場の形でエネルギーが存在しています。

光に対してもエネルギー保存則は成り立ちます。
光はガラスを通るときにガラスを加熱し光としてのエネルギーを失います。

エネルギー変換ですが
レンジでチンしたらマイクロ波のエネルギーが熱エネルギーになります。
太陽電池に...続きを読む


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