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赤外放射

最終更新日 2018年8月20日

1 放射とは...

すべての物質は、その絶対温度(°K = ℃ + 273.15)の4乗に比例する強さの電磁波を周囲に放射しています(Stefan-Boltzman の法則)。

Stefan-Boltzman の法則
E = σT4
E : 単位面積あたりの放射エネルギー (J m-2 s-1)
T : 物体の絶対温度(°K)
σ: Stefan-Boltzman の定数 (5.670×10-8 J m-2 s-1 °K-4)

物体から放射される電磁波の放射量が最大となる波長は、物体の絶対温度に反比例します(Wien の変位則)。
これによると、物体が放射する電磁波の波長は、温度が高くなるほど短くなる性質があります。このため、温度が低い物体は波長が長いので赤っぽく見え、温度が高くなるほど波長が短くなるので青っぽく見えます。

Wien の変位則
λmaxT = 2898 (°K・μm)
λmax : 放射量が最大となる波長(μm)
T : 物体の絶対温度(°K)

2 太陽放射

太陽から放射される電磁波を「太陽放射」と呼びますが、波長の短いX線や紫外線を含んでいるため「短波放射」とも呼ばれています。
表面温度が 5780°K の太陽からの太陽放射の最大放射波長は、Wien の変位則によると、可視光線領域である 0.5μm となります。
太陽放射エネルギーの約半分は可視光線が占めており、可視光線は大気圏ではほとんど吸収されずに透過するため、太陽放射は、熱となって地表面に吸収され、その結果、日の出とともに地表面は暖まり、地表面付近の温度が上昇します。

3 地球放射

地球が放射する電磁波のことを「地球放射」と呼びますが、その波長領域の大半が波長の長い 赤外線領域にあることから「長波放射」と呼びます。
「赤外放射」とは一般に3μm 以上の長波長放射のことをいいます。
平均気温が15℃(288°K) の地球の最大放射波長は、Wien の変位則によると、遠赤外線領域である10μm となります。このため、地表面からは、天空に向けて赤外線(熱)が放射されます。その一部は水蒸気や二酸化炭素(CO2)により途中で遮断され、そこから再放射されて大気を暖めますが、残りは宇宙空間に放出されます。このため、太陽がでていない夜間には、地表面は冷えて元の状態に戻ります。
このように、地球全体としては、太陽放射(入力)と地球放射(出力)の熱収支が均衡するため、地球の平均気温(15℃)はほぼ一定に保たれています。

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