熱放射
熱放射(ねつほうしゃ、英: thermal radiation)とは、気体、液体または固体を構成する原子や分子から、温度に依存する電磁波が放出されていることをいう。熱放射の源は、熱運動である。放射特性は物質の種類と温度で決まり、振動数の次元において広い連続スペクトルをもつ。熱放射は、伝熱の一種である。熱輻射(ねつふくしゃ)、温度放射、温度輻射ともいう。室温における熱放射の主成分は、赤外線である。
熱力学温度Ts 、表面積A2 で放射率ε2 の物体が、周囲の壁面(表面積A1 、放射率ε1 、熱力学温度Ta)に熱放射によって放出する熱量P は下の式になる。
P = σ 1 ε 2 + A 2 A 1 ( 1 / ε 1 − 1 ) A 2 ( T s 4 − T a 4 ) {\displaystyle 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:シュテファン=ボルツマン定数
A2 << A1 の時、すなわち遠くへ熱が広がっていく場合は
P = σ ε 2 A 2 ( T s 4 − T a 4 ) {\displaystyle P=\sigma \varepsilon _{2}A_{2}(T_{s}^{4}-T_{a}^{4})}
となる。熱放射される熱量は、シュテファン=ボルツマン定数が小さい値なので、温度が低い時は小さいが、熱力学温度の4乗に比例するので、高温伝熱では熱伝導、対流以上に重要である。
壁面がより一般的な位置関係をとる場合は、形態係数F1→2 を用いて次のように表される。
P = F 1 → 2 σ ε 2 A 2 ( T s 4 − T a 4 ) {\displaystyle P=F_{1\rightarrow 2}\sigma \varepsilon _{2}A_{2}(T_{s}^{4}-T_{a}^{4})}