熱ねつ放射ほうしゃ

白熱はくねつ電球でんきゅうは、熱ねつ放射ほうしゃを応用おうようした照明しょうめい器具きぐである。

熱ねつ放射ほうしゃ（ねつほうしゃ、英えい: thermal radiation）とは、気体きたい、液体えきたいまたは固体こたいを構成こうせいする原子げんしや分子ぶんしから、温度おんどに依存いぞんする電磁波でんじはが放出ほうしゅつされていることをいう。熱ねつ放射ほうしゃの源みなもとは、熱ねつ運動うんどうである。放射ほうしゃ特性とくせいは物質ぶっしつの種類しゅるいと温度おんどで決きまり、振動しんどう数すうの次元じげんにおいて広ひろい連続れんぞくスペクトルをもつ。熱ねつ放射ほうしゃは、伝つて熱ねつの一種いっしゅである。熱ねつ輻射ふくしゃ（ねつふくしゃ）、温度おんど放射ほうしゃ、温度おんど輻射ふくしゃともいう。室温しつおんにおける熱ねつ放射ほうしゃの主成分しゅせいぶんは、赤外線せきがいせんである。

理論りろん

熱ねつ放射ほうしゃの基礎きそ理論りろんはプランクの法則ほうそくである。白熱はくねつ電球でんきゅうは、電流でんりゅうが少すくない場合ばあいは弱よわく赤あかっぽい光ひかりを出だすが、電流でんりゅうが多おおくなると強つよく白しろっぽい光ひかりを出だす。その理由りゆうはプランクの法則ほうそくで説明せつめいできる。プランクの法則ほうそくは、黒くろ体たいという仮想かそう的てきな物体ぶったいについて、熱ねつ放射ほうしゃのスペクトルと温度おんどの関係かんけいを説明せつめいしている。黒くろ体たいが発はっする熱ねつ放射ほうしゃを黒くろ体たい放射ほうしゃという。同おなじ温度おんどでの実際じっさいの物体ぶったいの熱ねつ放射ほうしゃは黒くろ体たい放射ほうしゃよりも弱よわいが、基本きほん的てきな性質せいしつは同おなじである。実際じっさいの物体ぶったいが出だす熱ねつ放射ほうしゃと黒くろ体たい放射ほうしゃの比ひを射出しゃしゅつ率りつまたは放射ほうしゃ率りつεいぷしろんという。

派生はせい的てきな法則ほうそく

以下いかの法則ほうそくは、全すべてプランクの法則ほうそくから導出どうしゅつされる。

ウィーンの変位へんい則そく

黒くろ体たい放射ほうしゃにおいてエネルギー密度みつどが最大さいだいの波長はちょうと熱ねつ力学りきがく温度おんどが反比例はんぴれいすることを示しめす法則ほうそく。つまり温度おんどが高たかいほど波長はちょうの短みじかい電磁波でんじはを多量たりょうに出だす。プランクの法則ほうそくで説明せつめいされるスペクトル曲線きょくせんの最大さいだい値ちを数学すうがく的てきに求もとめることで導出どうしゅつされる。この法則ほうそくにより、ピーク波長はちょうから温度おんどを求もとめる事ことが非ひ接触せっしょくでできる。

室温しつおんでは主おもに赤外線せきがいせんを放射ほうしゃし、炭火すみびやストーブなどは赤外線せきがいせんに加くわえて赤あかい可視かし光こうを放射ほうしゃし、白熱はくねつ電球でんきゅうは更さらに白しろっぽく発光はっこうし、太陽たいようは紫外線しがいせんも放射ほうしゃしている。

シュテファン＝ボルツマンの法則ほうそく

黒くろ体たい放射ほうしゃの全すべての振動しんどう数すうにわたるエネルギーの総量そうりょうが熱ねつ力学りきがく温度おんどの4乗じょうに比例ひれいすることを示しめす法則ほうそく。プランクの法則ほうそくで説明せつめいされるスペクトル曲線きょくせんを積分せきぶんすることで導出どうしゅつされる。

レイリー・ジーンズの法則ほうそく

黒くろ体たい放射ほうしゃのピークに対応たいおうする波長はちょうよりもはるかに長ながい波長はちょうにおいて、単位たんい波長はちょうあたりの放射ほうしゃ量りょうが熱ねつ力学りきがく温度おんどに(近似きんじ的てきに)比例ひれいするという法則ほうそく。プランクの法則ほうそくの近似きんじとして導出どうしゅつされる。

放射ほうしゃ伝でん熱ねつ

「伝つて熱ねつ#熱ねつ放射ほうしゃ」も参照さんしょう

輻射ふくしゃ伝でん熱ねつともいう。物体ぶったいは外そとから当あたった電磁波でんじはを反射はんしゃ・透過とうか・吸収きゅうしゅうし、外そとへ向むかって電磁波でんじはを放出ほうしゅつする。全すべての物体ぶったいが電磁波でんじはを出だし、それを相互そうごに吸収きゅうしゅうすることによって、差さし引ひきでエネルギーが移動いどうする。物体ぶったい同士どうしが離はなれていても、また、熱ねつを媒介ばいかいする物質ぶっしつがない真空しんくうでも熱ねつが伝つたわる。気温きおんが同おなじでも日向ひなたと日陰ひかげで体感たいかん温度おんどが異ことなるのは、輻射ふくしゃ伝でん熱ねつによるものである。

面めんの間あいだで運はこばれる熱量ねつりょう

熱ねつ力学りきがく温度おんどT_s 、表面積ひょうめんせきA₂ で放射ほうしゃ率りつεいぷしろん₂ の物体ぶったいが、周囲しゅういの壁面へきめん（表面積ひょうめんせきA₁ 、放射ほうしゃ率りつεいぷしろん₁ 、熱ねつ力学りきがく温度おんどT_a）に熱ねつ放射ほうしゃによって単位たんい時間じかんに放出ほうしゅつする熱量ねつりょうP は下したの式しきになる。

$P={\frac {\sigma }{{\frac {1}{\varepsilon _{2}}}+{\frac {A_{2}}{A_{1}}}(1/\varepsilon _{1}-1)}}A_{2}(T_{s}^{4}-T_{a}^{4})$

σしぐま：シュテファン＝ボルツマン定数ていすう

A₂ << A₁ の時とき、すなわち遠とおくへ熱ねつが広ひろがっていく場合ばあいは

$P=\sigma \varepsilon _{2}A_{2}(T_{s}^{4}-T_{a}^{4})$

となる。熱ねつ放射ほうしゃされる熱量ねつりょうは、シュテファン＝ボルツマン定数ていすうが小ちいさい値ねなので、温度おんどが低ひくい時ときは小ちいさいが、熱ねつ力学りきがく温度おんどの4乗じょうに比例ひれいするので、高温こうおん伝でん熱ねつでは熱ねつ伝導でんどう、対流たいりゅう以上いじょうに重要じゅうようである。

壁面へきめんがより一般いっぱん的てきな位置いち関係かんけいをとる場合ばあいは、形態けいたい係数けいすうF_1→2 を用もちいて次つぎのように表あらわされる。

$P=F_{1\rightarrow 2}\sigma \varepsilon _{2}A_{2}(T_{s}^{4}-T_{a}^{4})$

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