太陽光を鏡で反射させた時の温度上昇の計算

質問

太陽の直射光を鏡で反射させて１点（といってもある程度の面積あり）に当てた時に、光があたる部分の温度上昇を計算したいのですが、どうすれば良いでしょう。
太陽の直射光のエネルギー密度はどのくらいでしょうか？
あと、鏡による反射率と、光のエネルギーの吸収率はどのくらいでしょう（物体により異なると思いますが）？

回答No.1

starflora

このような問題は、自分で実験して、数値を出すべきでしょう。

　　まず、太陽からのエネルギー放射は、「太陽定数」というものがあります。これは、太陽が放射している平均エネルギーを、太陽からの距離１天文単位で、光線に垂直な面１平方ｃｍ当たりで、出されていて、約１．９５カロリーです。ただし、大気での反射や吸収があり、この値の半分ぐらいが地上に届くとされています。測定する日の空の状態で、例えば、晴れていても、大気状態が違うと、値が変化します。この定数は、惑星物理学、地球物理学で、エネルギー収支計算したり、気象のシミュレーションに使います。

　　鏡の反射率は、鏡によって違うでしょう。１００％反射する鏡はないことは確かですが、実際の反射率は鏡によって違うとしか言いようがありません。

　　鏡の問題とも関係するのですが、物質・物体の光エネルギーの吸収率は、スペクトルになります。金属で、何故、金は黄色く見え、銀は、白く（銀色に）見え、銅は、赤ぽい色に見えるかご存じですか？　あれは、光のエネルギーで、振動数に応じて、連続的に吸収率が変化しているからです。金は、黄色以外の光が吸収され、黄色が反射されるのです。銅は、赤が反射され、銀は、ほぼすべての光が、同じ程度に反射されるのです。

　　どこかに、金属ごとの吸収と反射の全体としての効率の表があるかも知れませんが、それは、光源を限定しての話です。太陽スペクトル光を光源とする場合でも、太陽光は、大気で吸収されます。そんなに変化はないと思いますが、空の大気状態で、スペクトルに変化が起こります。

　　という訳で、実際に実験するか、さもなければ、入射光線は、太陽定数の半分のエネルギーで、鏡は８０％反射し、物体Ａ表面で、エネルギー吸収４０％とか、仮定すると、温度上昇が出てくるでしょう。

　　そんな曖昧な話では困ると言うのなら、「鏡　反射率」とか、「金属　エネルギー　吸収効率」等々で、検索して調べてみてください。何かデータがあるかも知れません。