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最初に太陽光が温めるのは地面、その熱が大気を温める。
これに関して質問です。

(1) 太陽光が直接大気を温めないのは大気が透明だからと言いますが、大気が透明だったら地面から発せられる熱(赤外線?)も透過するような気がしますが、そうではない理由はなんでしょう?

(2) 太陽光が地面を温めるとき、「光」→「熱」とエネルギーの状態(?)変化が起こっているということですか?

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A 回答 (5件)

熱の伝わり方には、3種類あります。


「輻射」「伝導」「対流」です。
太陽からの熱エネルギーは、(途中が真空なので)
輻射(赤外線)でやってくるので、そのまま透明な
大気をスルーして地面を暖めます。
しかし、いったん地面を温めると、そこに接する空気
は熱伝導によって温められます。
そして温められた空気は上昇して、対流によって熱を
大気圏内(対流圏)に伝えます。
もちろん、それとは別に、温まった地面からも輻射され
(地面の放射冷却)、それは大気を温める事なく再び
宇宙空間に逃げて行きます。
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既に閲覧されているだろうと思いますが、ウィキにもとづいて説明しますと


> 太陽光が直接大気を温めないのは大気が透明だからと言いますが

それで正しいと思いますが、大気はそれほど透明でもなく雲やちりなどがあってそこで26%が直接宇宙へ反射されます。地表(海?)からの反射(4%)もあり、これだけで30%です。

大気による、雲による吸収が各16%、3%あって、地面に吸収されるのは51%です。
つまり、雲(水蒸気)を温めている分、直接温めている光もあるということです。

ここまでが収入、

温められた地表から宇宙へ直接放射される熱は6%、
地表の熱が引き起こす熱伝導、大気の対流によって温められた雲や大気から宇宙へ放射される熱は残りの64%で、
つまり地球と太陽とのエネルギー収支はプラスマイナス0 ということです。
最近のCO2増加に伴ってこの収支にわずかなプラス分が出ている(らしい)というのが温暖化現象です。

1)の答えは 通過します、ということです。
2)はその通りです。
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教科書通りの説明をします。



太陽放射にはX線、紫外線、可視光線、赤外線、電波が含まれます。そのうちエネルギー量が大きいのは可視光線です。
大気中の水蒸気と二酸化炭素は、可視光線や紫外線を吸収せず、赤外線を吸収しますので、太陽放射のうちの30%ほどのエネルギーを大気が吸収します。太陽放射のうち地面まで到達するのは50%です。残りの20%は反射や散乱で宇宙へ逃げていきます。太陽放射100のうちの30を大気が吸収するわけで、透明というほどでもないですね。擦りガラス的な不透明さです。大気が太陽光にとって透明だ、というときの太陽光は可視光線を指しているのではなかろうかと思います。可視光線はほとんど大気に吸収されないので、可視光線にとって大気は透明だと言えます。

地面は吸収したエネルギーを地球放射で大気あるいは宇宙へ放出します。地球放射は赤外線なので、そのほとんどが大気に吸収されるわけです。

量としては、太陽からは30単位のエネルギーが大気に与えられるとするならば、地球からは110単位のエネルギーが大気に与えられます。よって、大気にはほぼ地球からエネルギーが与えられていると言えるでしょう。

2)については、ほぼそれでいいんじゃないかと思います。温度について考え始めると結構厄介です。だからここでは光→熱ってな感じでおさえておけば良いと思います。
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「透明」というのは、反射したり、途中で吸収されたりしないことです。


しかし、海水でも、30cmくらいなら透明でも、30mでは光が途中で散乱されたり、吸収されたりします。300mを超えると、ほとんど光は届きません。
透明といっても程度の差はあります。
空気・大気は、基本的には赤外線も、紫外線も透明に通過します。それで、赤外線ストーブや赤外線ヒータも、日焼けの照明もできます。ただ、通過する空気の層が厚いと、途中で吸収される部分が目立ってきます。途中でオゾンが多くあると紫外線が吸収されてしまいます。水蒸気やに炭酸ガスなどがあると赤外線が吸収されやすくなります。
多くの光は空気・大気を通過するので、太陽に少しは近い高い山やビルの上には、大量の光が来ても熱くはなりません。大量の光を受けて熱くなりやすいのは黒っぽい地面などの多いところです。
地表の温度が上がるとそこから光(目には見えないけれど)が出て行きます。地表や海面、大気で散乱した光も、その多くは宇宙に出ていきます。
途中にこうした光線を吸収するガスが多量にあると、透明だった大気なのですが、大気を通過していくことが出来なくなる波長の光もでてきます。
光が吸収されると基本的には熱になります。電気になったりすることもありますし、波長が違う光をだすこともあります。
太陽の光を浴びたり、ストーブの前やたき火の前では暖かくなったり暑くなったりするのは、光が吸収されて熱エネルギーになるためなのでしょう。
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(1)温室効果ガスの話でよく言われるように、


空気は太陽の“光”に対しては(ほぼ)透明ですが、
地面からの赤外線の放射に対しては透明ではありません。
二酸化炭素や水蒸気が地面からの放射を吸収するのです。

(2)についてはその通り。

この回答への補足

>“光”に対しては(ほぼ)透明ですが

とありますが、赤外線は“光”に入らないのですか?

補足日時:2012/08/27 21:20
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Q温度が上がると気圧は下がる?気圧の意味

温度が上がると気圧はどうなるのでしょうか?
http://www.youtube.com/watch?v=CLvuNAhGX_8
この動画を見て天気のことを勉強させていただいていました。

すると温度が上がると気圧がさがると言っているのですが
これはあっていますか?

僕のイメージでは
空気には目に見えない粒子があり、それが飛び回っていて、
気圧が高いとは、粒子が密集しており、温度が高く
気圧が低いとはその粒子がバラバラに動いており、温度が低い
これはあっていますか?


少しひっかかるのは、袋があるとし、その袋の中から外に押しているのが気圧ですか?
それとも、外から中に教えているのが気圧ですか?

教えてください。

Aベストアンサー

君の考え方にも,動画で見た先生の説明にも,少し無理というか考え違いの部分があります。

1.PV=nRT ・・・・・ この式は閉じられた空間での,乾燥した空気の話しです。
2.夏と冬との海陸の気圧差について,海洋における蒸発の問題が考慮されていません。
3.先生の説明では,冬に何故大陸に高気圧が出来るのか,海洋が低気圧になるのかの説明が不十分です。

1.は他の回答でも触れられています。あくまでも密閉された容器内での,気温と気圧の関係です。自由空間(蓋のない容器)では,下から暖められた空気は上方に逃げて行く為,気圧が下がって低気圧になっているように見えます。
2.夏の太平洋では,昼夜の平均で見れば,陸地よりも海水の方が温度が高く,その為蒸発量も海域の方が遙かに多くなります。湿った空気と乾いた空気を比べると,湿った空気の方が遙かに軽くなります。このため海域の空気は大きく膨張し対流を起こしますが,上昇できる高さには制限があります。上昇範囲の最高高度を『圏界面』と呼び,圏界面より下の対流可能な範囲を『対流圏』と呼びます。夏の太平洋では,膨張した湿った空気の勢力は四方八方へも広がります。これが太平洋高気圧の正体です。台風は,太平洋高気圧の周辺部の,気流の乱れやすい地域(陸地からの冷気と接触する部分)で発生します。
3.冬の陸地は対流(大気大循環のシステム)によって,偏西風帯が南下してくる為,冷気団を抱え込むことになります。海域では日射が弱まる為,夏ほどには高気圧が発達しません。その関係で日本付近には冷気が強く吹き出してくる訳です。

それから,『気圧』の定義についてですが,1.のような容器内ではなく,自由空間での圧力を考えます。『1平方cmあたりの地表面における空気の重さ』或いは『君の肩に掛かる1平方cmあたりの空気の重さ』と定義します。平均的な地表面付近の気圧=1気圧=1013hp はご存じでしょう。

気圧が高いとは、粒子が密集しており、温度が高く
気圧が低いとはその粒子がバラバラに動いており、温度が低い
これはあっていますか?

密閉容器内ではそう言う考え方も出来ます。別の考え方として,
密閉容器内では温度が高くなると,空気分子の熱運動エネルギーが高まり,分子同士の衝突が激しくなって,その結果として気圧が高くなる。逆に,冷えると運動エネルギーを失って気圧が下がる。・・・と考えます。
夏の太平洋高気圧は,非常に大きな密閉容器内での,大量に水蒸気を含んだ(熱エネルギー量の大きい)空気分子の「振る舞い」と,陸地での冷却・乾燥した大気の「振る舞いの結果」と理解しましょう。
解りにくい部分があったら,補足で質問してね。

君の考え方にも,動画で見た先生の説明にも,少し無理というか考え違いの部分があります。

1.PV=nRT ・・・・・ この式は閉じられた空間での,乾燥した空気の話しです。
2.夏と冬との海陸の気圧差について,海洋における蒸発の問題が考慮されていません。
3.先生の説明では,冬に何故大陸に高気圧が出来るのか,海洋が低気圧になるのかの説明が不十分です。

1.は他の回答でも触れられています。あくまでも密閉された容器内での,気温と気圧の関係です。自由空間(蓋のない容器)では,下から暖められた空...続きを読む

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Aベストアンサー

 分子が赤外線を吸収すると、分子の振動状態が励起されます。励起された分子の振動運動は、熱として放射されます。
 
 紫外線は、赤外線より一光子あたりのエネルギーが高いために、振動状態は、「直接」、励起されません。(注1)
 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。
 
 つまり、どちらが熱いかというと、一光子あたりのエネルギーで言うと紫外線の方が、熱いといえます。
 しかし、赤外線は(振動運動により)分子を直接あたため、一方、紫外線は、電子励起状態から緩和する過程において間接的にあたためるという違いがあります。

紫外線が夏の日焼けの元になるのは、電子励起状態が不安定で反応性に富むためです。 

[注1.厳密には、高振動準位の励起状態から最低振動準位の励起状態への振動緩和過程を含む]


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