温度による輻射

質問

ある温度にある全ての物質は，その温度に依存した電磁波を放出しているのですか。
もしそうだとすると、その物体は放出している電磁波の分、少しずつ冷えてきているということでしょうか。

回答No.4

siegmund · ベストアンサー

> 温度による電磁波の放出は、なぜ起こるのですか。

物体の周囲を真空にしておいたとします．
真空は何もないように思えますが，電磁波は真空中を伝わります．
したがって，真空中の物体は電磁場と相互作用することになります．
どのような波長の電磁波がどれくらいあるかは絶対温度 T によって決まっています．
逆に言えば，T を決めれば電磁波の波長分布の様子が決まります．
物体表面のところでは，物体表面の温度と電磁波の波長分布の温度が等しくなります．
こういうわけで，物体表面から電磁波が放出されるのです．
前回の私の回答で，物体からは T^4 に比例した電磁波エネルギーが放出されると
書きましたが，もう少し正確に言えば，
物体から単位表面積単位時間当たり σT^4 のエネルギーが放出されます．
σは温度に関係ない定数で(シュテファン－ボルツマン定数と呼ばれている)，
ボルツマン定数，光速，プランク定数の組み合わせで書けます．
「単位表面積」というところが，物体が真空と表面で接していることの反映です．

> 室温とか、極端に言うと絶対零度に近い
温度でも、そのようなことが起こっているのでしょうか。

起こっています．
理由は myeyesonly さんの書かれたとおり．
放射エネルギーの密度が最大になる波長は T に反比例することが知られています．
したがって，温度が低くなると放出電磁波の波長は長くなります．
前の私の回答の最後のところも見てください．

回答No.3

myeyesonly

温度と放射波長については、もうお二方から説明されているので、再々質問についてだけ。

励起されるのは、何も高温の時だけではないです。
波長とエネルギー量が変わるだけです。

絶対零度以上の温度を持つ分子は振動しているといのはご存知ですよね。熱とは、結局のところ、その分子の振動の状態であり、その指標が温度です。振動を運動と言い換えてもいいです。

これは、全ての粒子についていえるので、原子でも電子でも素粒子なんかでもそうです。そして、それらは、その振動のエネルギーにあった波長の電磁波を吸収したり放射したりします。
まあ、概念的にはこんなところでしょうか。

回答No.2

siegmund

punchan_jp さんの言われるように，基本的には bigsea さんの考えは正しいです．
絶対温度 T の物体は(理想的な場合には) T^4 に比例した電磁波エネルギーを
放出しています(シュテファン－ボルツマンの法則，あるいは黒体放射の法則といいます)．
したがって，エネルギーを失った分だけ冷えます．

punchan_jp さんも書かれていますが，エネルギー収支がつりあったところでその物体の
温度が安定化します．
地球の温度は，太陽からもらう電磁波のエネルギーと地球が放出する電磁波のエネルギーが
つりあったところで決まっています．

ついでに，放出する電磁波の波長は温度が高くなるほど短くなります．
人間の体温くらいだと，放出する電磁波は赤外線がほとんどです．
赤外線は人間の目に見えませんから，真っ暗闇では人間を見ることはできません．
でも，赤外線カメラだと写りますよね．

補足

punchan_jpさんへの補足と同じですが、ありがとうございました。
新たな疑問が沸いてきたのですが、もしよろしかったら、回答お願いします。
温度による電磁波の放出は、なぜ起こるのですか。高温の物体なら、その熱エネルギー(運動エネルギ ー)によって、電子が励起されているのかなーと思うのですが、室温とか、極端に言うと絶対零度に近い
温度でも、そのようなことが起こっているのでしょうか。

回答No.1

punchan_jp

基本的にはその考えで正しいと思います。黒体放射ってやつでしたっ
け。つまり、何らかの温度の物体を宇宙空間にほりだすと、どんど
ん冷えそうだというのは予想できますよね。

ところが、物体はそうやって冷えるだけではなくて、他の物体から
熱をもらうことがふつうです。例えば宇宙空間であっても、他の高
温の物体（太陽とか）から電磁波などのエネルギーを受けとります。
気体や液体に囲まれていると、それらの分子の運動エネルギーを受
けとります。

結局はどんな物体もそうやって一定の温度で安定するわけです。

補足

ありがとうございました。
新たな疑問が沸いてきたのですが、もしよろしかったら、回答お願いします。
温度による電磁波の放出は、なぜ起こるのですか。高温の物体なら、その熱エネルギー(運動エネルギー)によって、電子が励起されているのかなーと思うのですが、室温とか、極端に言うと絶対零度に近い温度でも、そのようなことが起こっているのでしょうか。