太陽の光を集めると何度ぐらいまで温度を上げることができますか？

質問

太陽の光をレンズや凹面鏡を使って集めると焦点近くでは温度が上がりますが、口径が大きいほど温度が上がると思います。
このとき口径を大きくすれば、どこまでも温度は上昇するのでしょうか？
それとも、太陽の表面温度以上には上昇しないなどの限界はあるのでしょうか？

回答No.12

watico · ベストアンサー

A No.2 です。こんなに賛否両論の長い議論になるとは思いませんでした。

炎天下の砂浜で砂がアツアツになっていることがあるのをご存じと思います。太陽光で物を暖めるのに鏡やレンズは無くても良いのです、放熱しないように断熱すれば直射日光でも理論上６０００度まで上げることが可能です。凹面鏡やレンズは集光能率を高めるために使われます。

無限に大口径のレンズ、凹面鏡を用いれば、人情としては無限高温を得られそうな気持ちはすますけれども。心の世界はともあれFMnew7さんは物理的にどうかと云うことを聞いておられると思いますので、やはり「熱力学の法則に従う」と言わざるを得ません。

「一点に集中するから」「大口径を使えば」と思う方も居られるようですが、光路と云う物は”一方通行ではありません”ので大口径の凹面鏡やレンズを用いると云うことは集光能率を高めると同時に放熱能率も高めていることになります。

太陽表面温度が理論上の限界です。

お礼

回答ありがとうございます。
レンズがなくても６０００度まで上げられるというのには、驚きました。
もし、地球が同じ面を太陽に向けていたら、どのくらいの気温になるんでしょうかね。

最後に、回答してくれた皆様、どうもありがとうございました。

回答No.11

maekawadesu

太陽の表面温度以上に暖めることはできません。
口径は温まりやすさ（表面温度に達するまでの時間）に関係するだけです。

太陽の熱→電磁波→レンズ→物体の熱

とエネルギーは移っていきます。と同時に、

物体の熱→電磁波→レンズ→太陽

とエネルギーは移っていきます。すべてが太陽に届かなくても必ず熱エネルギーは電磁波となって逃げていきます。したがって太陽表面温度より高くなることはありません。

また、物体から放射される電磁波の波長分布は太陽光の電磁波の波長分布に徐々に近づいては行きますが、より高温側へは行くことはありません。それが熱力学第2法則というものです。

お礼

回答ありがとうございます。
やはり太陽表面温度が限界という意見ですね。

回答No.10

noname#58790

カセットコンロ１０個で１万度を超えられるのか？

無理。つ＾＿＾）つ
プロパンの最高温度は変わりません。

４０度のお風呂にいくら４０度のお湯を足しても
温度は４０度だった。　つ＾＿＾）つ

パラボラお湯沸かしが数千度まで上がる。
これが３０００度だったとして、いくら３０００度のバーナーであぶっても温度は同じ。

ライターＸ２個＝おんなじ。
ブタンガスの燃焼温度は、２倍になんないよ。

炭を１０倍使っても最高温度は変わんないよ。

お礼

回答ありがとうございます。
太陽表面温度が限界という意見ですね。

回答No.9

violet21

同じ質問がありますね。
http://oshiete1.goo.ne.jp/qa1790143.html

お礼

回答ありがとうございます。
紹介していただいた質問、参考になりました。

回答No.8

violet21

私もわからなかったのですが，どうやらどの程度の大きさに集光できるのかというのが一つの鍵になりそうです.口径が大きくなると、焦点距離も伸ばさざるを得ません.そうすると、焦点での太陽の像も大きくなり，結局エネルギー密度を無限に上げることはできなくなります.
　太陽は点光源ではなく、大きさがあるというのがミソのようです.

お礼

回答ありがとうございます。
確かに、太陽の像の大きさはレンズの焦点距離で決まりますね。

回答No.7

seiri3

結論を先に言えば、限界はない。
理論的に言えば、口径を無限に大きくすれば、投入エネルギーは無限となる。
無限のエネルギーを一点に集中すれば温度は無限に高まる。
ではないでしょうか。
もちろん、口径は無限にできませんし、一点に投入されたエネルギーは輻射によって逃げることはありますが、それは無視します。
それでも、逃げるエネルギーはある程度防げます。

お礼

回答ありがとうございます。
限界はないという意見ですね。

回答No.6

walkingdic

太陽表面温度が限界になります。

理由は既に他の回答者が述べているように、熱輻射は太陽からターゲットだけでなく、ターゲットから太陽への輻射も同時に生じているためです。

レンズは見方を変えると、ターゲットのサイズを太陽として、無限遠方に配置したのと透過になるだけで、レンズの径はその間に置いた絞りの径の違いでしかありませんので、本質的に熱輻射の式を考えるだけでよいことになります。

実はレンズの径に関係なくターゲットは太陽温度までは到達可能です。
一般にレンズの径が関係しているのは、ターゲットが太陽方向への輻射だけではなく、他の方向への輻射などの熱伝達により、熱が逃げているので、温度が上がりきらないだけなのです。

お礼

回答ありがとうございます。
やはり太陽表面温度が限界という意見ですね。

回答No.5

debukuro

６０億度までは上がると思います
集中したエネルギー量によるので熱力学の法則は関係ありません

お礼

回答ありがとうございます。
６０億度ですか？
すごいですね。

回答No.4

tadys

ターゲットの温度が上がって太陽の表面温度以上になると今度はターゲットからの輻射で太陽が温められることになります。
したがってターゲットの温度は太陽の表面温度を超える事はできません。

ただし、太陽の熱で発電をしてそのエネルギーでレーザーを発振させたりすれば太陽の温度より高い温度を得る事はできます。

お礼

回答ありがとうございます。
やはり太陽の表面温度が限界という意見ですね。

回答No.3

noname#215107

口径を大きくすれば太陽表面の温度を超える可能性はあります。
熱力学第二法則は関係ありません。

お礼

回答ありがとうございます。
太陽の表面温度を越えるという意見ですね。

回答No.2

watico

はい、限界はあります。FMnew7さんの仰るとおり太陽表面温度が限界です。
太陽光を集光して高温を得る道具を「太陽炉」と呼びます。集光能率が良いほど高温が得られますが、どんなに能率良く集光しても太陽表面温度（６０００度くらい）以上に上がることはありません。熱力学の第二法則に従うと言うことです。（熱は高温側から低温側にのみ移動できます）

お礼

回答ありがとうございます。
太陽表面温度が限界という意見ですね。