放射冷却の仕組みと物質素材(の違い)による冷却度合いの差について

質問

放射冷却の仕組みと物質素材(の違い)による冷却度合いの差について

放射冷却の仕組みと物質素材(の違い)による冷却度合いの差について
教えてください。

寒い日の朝、自動車の表面が凍っていることがありますよね。
外気温と自動車の表面を比べると、自動車の表面の方が冷たいのにすごく驚いたんです。

そういう現象はどうして起こるのかを人に聞いたり、調べてみたのですが、もともとが文系で物理などの勉強をしていないのでよく解りませんでした。

今、調べられたことは

・冷却の法則　http://kotobank.jp/word/%E5%86%B7%E5%8D%B4%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87
・シュテファン‐ボルツマンの法則　http://kotobank.jp/word/%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%83%86%E3%83%95%E3%82%A1%E3%83%B3%E2%80%90%E3%83%9C%E3%83%AB%E3%83%84%E3%83%9E%E3%83%B3%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87
・ニュートンの冷却の法則　http://kotobank.jp/word/%E3%83%8B%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%83%88%E3%83%B3%E3%81%AE%E5%86%B7%E5%8D%B4%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87
です。

昼間熱量を多く蓄えることができる物質ほど、温度が急激に下がり霜が降りてしまうのかな、と思ってみたのですが・・・

どなたか
■こういう場合の放射冷却ってどうして起きるのか
■素材の違いによる冷却の差？
を教えてください。

子供にこういう自然現象？のおもしろさを教えてあげたいのですが、まずは自分が理解していないと＆おもしろそうなので勉強したいので、上のリンクのような計算式や解説で教えていただけるとorそういう説明のURLを教えていただけると助かります。

宜しくお願いします。

回答No.3

physicist_naka · ベストアンサー

>これも何かの法則みたいな定義があるんでしょうか？
>これもキルヒホッフの法則の範囲内・・・？

　これを理解するキーワードは「熱平衡状態」です。
　例えば2つの物体があり、温度が異なっているとします。これらを接触させて十分時間が経つと、同じ温度になります。これが熱平衡状態です。
　同様に車と空気を考えると熱平衡状態では同じ温度になるはずですが、実際にはそうなりません。この原因は、太陽なども考えなくてはならず、熱平衡状態が実現しないからです。

お礼

丁寧にいろいろありがとうございました！
難しいけど調べていて本当におもしろいなぁと感じています。
またわからないことがあった際は質問させていただくと思います。
宜しくお願いします。
このたびは本当にありがとうございました！！

回答No.2

physicist_naka

>■熱放射の大きな物質はより温度が下がるとありますが、外気温よりも
>温度が下がることがあるということですか？また、下がるのであれば
>どうしてでしょうか？？

夜間ですが、外気温よりも温度が下がります。熱放射により、物質の持つ内部エネルギーを失うので。昼間ですと太陽からエネルギーをもらうので、逆に温度が外気温より上がります。

お礼

ありがとうございます！！

夜間は外気温よりも温度が下がり、昼間はあがる。
たしかに夏とか車の表面は熱いですもんね
納得です。

これも何かの法則みたいな定義があるんでしょうか？
これもキルヒホッフの法則の範囲内・・・？

回答No.1

physicist_naka

>寒い日の朝、自動車の表面が凍っていることがありますよね。
>外気温と自動車の表面を比べると、自動車の表面の方が冷たいのに
>すごく驚いたんです。

冷たく感じるのは、一つは熱伝導度の違いによります。同じ温度でも熱伝導度の大きい金属は冷たく感じます。
もう一つは放射冷却によります。夜間、熱放射によって物体の温度は下がります。熱放射が大きい物質は温度はより下がります。

>昼間熱量を多く蓄えることができる物質ほど、温度が急激に下がり
>霜が降りてしまうのかな、と思ってみたのですが・・・

キルヒホッフの法則というのがあり、電磁波（光など）を吸収しやすい物質（理想的なものを黒体という）ほど放出しやすく、放射冷却が大きくなります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AD%E3%83%AB%E3%83%92%E3%83%9B%E3%83%83%E3%83%95%E3%81%AE%E6%B3%95%E5%89%87_(%E6%94%BE%E5%B0%84%E3%82%A8%E3%83%8D%E3%83%AB%E3%82%AE%E3%83%BC)

>■こういう場合の放射冷却ってどうして起きるのか

物質を構成している原子の振動によって電磁波が発生します。

>■素材の違いによる冷却の差？

金属光沢のあるものは電磁波の反射が大きい（あまり吸収しない）ため、キルヒホッフの法則により、熱放射は少ないです。「放射率」で検索していただければ様々な素材のデータが出てくると思います。

お礼

わかりやすい説明をありがとうございます。
１つ追加でお伺いしたいのですが、別質問を立てた方がよければ一度こちらを締めますのでご指摘ください。

【追加質問】
＞>寒い日の朝、自動車の表面が凍っていることがありますよね。
>外気温と自動車の表面を比べると、自動車の表面の方が冷たいのに
>すごく驚いたんです。

冷たく感じるのは、一つは熱伝導度の違いによります。同じ温度でも熱伝導度の大きい金属は冷たく感じます。
もう一つは放射冷却によります。夜間、熱放射によって物体の温度は下がります。熱放射が大きい物質は温度はより下がります。

こちらとキルヒホッフの法則を調べてみて、なんとなくはわかったのですが、

■熱放射の大きな物質はより温度が下がるとありますが、外気温よりも温度が下がることがあるということですか？また、下がるのであればどうしてでしょうか？？

すいませんが宜しくお願いします。