伝導、対流、輻射：3種類の熱伝達

伝導、対流、および輻射は、熱伝達の3つの形式です。 熱は、ある物体またはシステムから別の物体またはシステムに伝わるエネルギーです。

熱伝達は、2つのものの間に温度差がある場合にのみ発生します。

伝導では、ある物体または物体が別の物体または物体と接触しているときに熱伝達が発生します。

一方、対流は、さまざまな温度での気体または液体の動きによって生成されます。

その一部として、輻射は、物体が接触することなく熱を伝達することです。 したがって、これは電磁波によるエネルギーの放出によって発生します。

これを説明する例は、沸騰したお湯の鍋です：火は鍋を加熱します（放射）、 鍋の金属が水を加熱し（伝導）、熱の結果としてお湯が上昇します （対流）。

運転	対流	放射線
定義	接触による熱伝達の形態。	物質の移動による熱伝達の形態。	電磁波による熱伝達の形態。
転送方向	高温から低温へ
機構	体内の原子の動き	温度差による気体と液体の動き	宇宙での電磁波の伝播
例	燃焼バーナーのアルミポットのハンドル	家庭用暖房システム	太陽の熱

熱伝導とは？

伝導は、2つの物体が接触しているとき、または熱が同じ物体の一方の側からもう一方の側に伝わるときに発生する熱伝達の形式です。 たとえば、鉄の棒の一方の端を加熱すると、熱源に直接接触していなくても、もう一方の端はしばらくすると熱くなります。

伝導による熱伝達のメカニズムは、原子の動きに基づいています。 温度が上昇すると、原子はより速く移動し、隣接する原子を押して、それらに熱を伝達します。

材料が熱を伝導する能力は、熱伝導率として知られています。 たとえば、空気は木材と同じように抵抗率が低くなります。

一方、アルミニウムや鉄などの金属は熱伝導率が高い。 これらの材料は、体の高温領域から低温領域にエネルギーをより速く伝達する自由電子を持っているため、熱を伝導するのに非常に効果的です。

熱伝導の例

• 燃えているバーナーの鋳鉄フライパン：バーナーからの熱が鍋を加熱し、鍋の残りの部分とその中の内容物に熱を伝導します。
• 手に溶けた氷：手に氷を入れると、体温の伝導で溶けてしまいます。
• 砂の中の熱い足：浜辺の暑い日、素足で熱い砂の中を歩くと、しばらくすると足元​​の砂の熱伝導でやけどを感じます。
• 熱い一杯のコーヒー：ホットコーヒー（または他のホットドリンク）をカップに注ぐことで、時間の経過とともに手に熱を感じるようになります。 そのため、カップにはハンドルが付いているので、火傷することなくつかむことができます。
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• アイロンがけ服：衣類のしわを取り除くために使用されるアイロンは、衣類に接触すると熱くなり、熱を伝導します。
• 温度計: この機器は、接触している物体や物質の伝導によって熱を受け取ったり伝達したりするため、温度の測定に使用されます。
• 木のスプーンに対する金属のスプーン：木のスプーンは熱を伝導しにくく、金属のスプーンは急速に熱くなります。 そのため、木のスプーンで食べ物を混ぜることができますが、スープを食べるときは金属のスプーンを使用します。

熱対流とは何ですか？

対流は、高温領域から低温領域への液体と気体の移動によって生成される熱伝達の形式です。 流体が加熱されると、密度が低くなり、上昇します。

雲が形成されるのは対流プロセスのおかげです。地球の表面の水蒸気と熱気が上昇し、高さの雲として凝縮します。 このタイプの対流は、外力の介入なしに、自然または自由です。

一方、強制対流は、流体を動かすために力が加えられたときに発生します。 これは、ファンを使用して部屋の熱気を移動するとき、または鍋の中身をバーナーの上に移動するときに発生します。

熱対流の例

• 家庭用暖房システム：暖房システムと接触している空気は加熱され、次に上昇して冷気を押しのけ、通風を引き起こします。
• 地球の内部熱：地球の中心部は高温で流動的であるため、対流が発生し、地震や火山の噴火を引き起こします。
• 貯蔵タンク内の液体-ソーラーヒーターのパイプでは、流体が加熱されて密度が低くなり、熱がより冷たい流体に移動します。
• 対流式オーブン：ファンのおかげでオーブン内の熱気が循環し、より均一に焼き上がります。
• 鍋に水を沸騰させる：薪ストーブの鍋に水を入れると、底の湯が上がり、冷水の表面からの移動を余儀なくされます。
• ヘアドライヤー：冷気はドライヤーに入り、抵抗器を通過して加熱され、ノズルから温風を吹き込みます。
• 海流：海の水は対流によって一定の動きを保ち、熱帯の暖かい水は極に向かって移動します。
• 熱気球 または熱気球：空気を加熱すると、密度が低くなり、バルーンのファブリック内に閉じ込められて浮きます。 このため、降りるには、熱気を逃がす窓が開きます。

熱放射とは何ですか？

輻射とは、物体同士が接触することなく熱を伝達することです。 これは、可視光、紫外線、赤外線など、宇宙を伝わる電磁波によって発生します。 熱放射が発生するために材料の存在は必要ありません。

物体は放射によって熱を放出しますが、温度の違いによっては熱も吸収します。 実際、最高の吸収体は優れたエミッターでもあります。 たとえば、黒い表面は放射線をよりよく吸収しますが、白い表面よりも多くを放出します。

したがって、放出は体の温度に依存し、温度が高いほど、熱の放出が大きくなります。

魔法瓶の操作は、内部に熱放射を集中させることに基づいています。 魔法瓶は、伝導または対流による熱の損失を回避するために、間に空気のないガラスの二重壁で構築されています。 銀色の内壁は放射を吸収せずに反射するため、飲み物はより長く熱くなります。

熱放射の例

• 太陽の熱：地球は放射によって太陽から熱を受け取ります。
• ビーチの熱い砂：夏の日には、太陽放射が砂を加熱します。
• 焚き火の残り火：焚き火や暖炉に近づくと、燃えている石炭が放射熱を放出します。
• 太陽炉：太陽の光線が表面に当たって空気を加熱します。
• 赤外線温度計：赤外線範囲で物体の放射を測定し、それを温度として表します。
• サーマルカメラ：赤外線カメラは、放射によって放出された体の熱を記録します。
• 日焼け用ベッド：日焼けベッドは、肌の日焼けを促進する紫外線の放出に基づいています。 その使用は、皮膚の損傷の素因によって制限されます。

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