物理の問題で、熱エネルギーの伝達についてお尋ねします。

熱には、伝導（拡散）、対流、そして放射があります。放射というはこの中で少しわかりにくい面があるのでお尋ねします。太陽エネルギーは放射によって伝わると思います。太陽のエネルギーを受けた方（放射された方）は暖まるわけですが、もしそれが透明で太陽エネルギーが通り抜けたらその分はエネルギーとして取り逃がしたということになるのでしょうか。放射されたエネルギーの吸収については黒体（ステファンボルツマンの法則）とかキルヒホッフの法則など波長に依存した法則があります。物性・材質などケースバイケースということになるのかもしれませんが。通り抜けることで取り逃がしたエネルギーって評価できるのでしょうか。逆に通り抜けができない場合、放射を受けた全部の日光のエネルギーはほぼすべて温度上昇になると考えていいのでしょうか。

例えば、日の当たるところにおいてある透明な金魚鉢（光が透過）に入っている水に日光を当てると暖まります（日光側の条件はすべてgiven。アルベド・太陽定数・緯度など）。では不透明な金魚鉢（色にもよりますか？）があったとしたら水の暖まり方は違うということになるでしょうか（光が通過しないので）。例えば、海・湖沼などある程度の深さがあると、光のエネルギーはすべて水に吸収されるということになるのでしょうか。

※別件になりますが暖まった水から逃げている（放射エネルギー）は、どのように評価できるでしょうか。ステファンボルツマンの法則（絶対温度の４乗に比例）は黒体を仮定していますね。一応計算できますが、水は黒体ではないので。波長に依存した考え方になると面倒（積分しないといけない）なのである程度ざっくりした考え方を教えていただきたいのですが。理科年表に乗っている係数をかければいい、というのがありがたいのですが。

要領を得ない質問（なぜならわかってないので）で申し訳ありませんが、よろしくお願いします。

No.1 回答者： uen_sap 回答日時： 2015/11/30 15:26

あなたの勘違いを二つ。

1)太陽光は可視光線だけではありません。
透明な・・・は可視光線はスルーする、と言うことですから、可視光線以外で補足される量は結構多いかもしれません。
2)太陽光は、反射されるもの、吸収されるもの、スルーしてしまうものの三種に分かれます。
黒体とは、吸収される割合が100%と言うことを意味します。
また、対流は空気のようなものが熱を運ぶと言うことですから、物理的には伝熱とは言いません。
熱が伝わるとは、とはいわゆる伝熱と、放射の二つです。

この回答へのお礼

回答ありがとうございます。今のところ、水温上昇（下降）に寄与する熱エネルギーの増減をわかっている範囲で最大限漏れなく評価したいと思っています。
熱が入る方： 太陽放射、もろもろの放射、空気との熱交換（拡散or伝熱）
熱が出る方： 長波・短波放射、空気との熱交換（拡散or伝熱）、気化熱

これらをすべて評価して熱エネルギーの増減(J/sec=W)がわかると、それを水の熱容量（比熱×質量）で除すと１秒間あたりの水温の増減がわかるという方針です。太陽放射（可視光・紫外・赤外）を含めて考え方の取りこぼしがないように考えているところです。

今のところ水は動かないので伝熱だけ（対流は別）を考慮します。ゆくゆくは水も動きますが。

お礼日時：2015/12/02 11:56