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赤外線LEDで物は温まるのか？
- テレビや車のリモコンで使用される赤外線LEDについて、これらのLEDを寄せ集めると金属や樹脂が温まるのかについて教えてください。
- LEDのチップが山ほど必要とされるなど、赤外線LEDについての詳細情報を教えてください。
- 赤外線LEDが物を温める原理や仕組みについて教えてください。
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LEDの特性を先ず確認ください。 LEDは電気を直接光に変えるものです。(その逆の使用方法は、太陽電池です) 白熱電球やヒーターのように、高温にして光や赤外線を発するものではないので、LEDは電気容量 が小さくて光を発生させます。 ですから、LED自体からの発熱量も小さいので、それを集めても大きな発熱量になりません。 また、一般的な赤外線LEDの波長ピークは850nm(0.85μm)なので、遠赤外線の定義(3μm～1000μm の範囲)から外れ、金属や樹脂が赤外線を吸収し効率良く発熱する波長範囲でもありません。 以上の内容は、URLを確認して理解度を深めてください。 ◆ 可視光は、金属等に反射し易い波長なので、金属等の内部に吸収され難い ◆ 赤外線は、金属等の表面状態によっては吸収し易い波長 ◆ 赤外線の中の遠赤外線は、以下の内容により効率良く発熱します。 物質を構成する分子は、それぞれ固有の振動をしています。 遠赤外線を吸収しやすい物質は共通して3～30μｍの固有振動があり、遠赤外線の照射を 受けるとお互いの波長帯が合うので、共鳴し合い分子レベルの運動を活発にします。 これを熱振動といい、照射された物質の温度を上昇させます。 等の内容をです。 金属や樹脂が温まるでしょうか？ が、質問者の問い合わせ内容です。 電球の光を集めて、焼肉は焼けるか？ は、回答(２)さんの記述です。 ですから、あまり迷わずに、“金属や樹脂が温まる”内容で上述内容を確認ください。 肉なら可視光線をレンズ等で集光しても、電球の光をレンズ等で集光しても、赤外線LEDの 目に見えない光(赤外線)をレンズ等で集光しても、集光点は高温になりますよね。 光が吸収されるのだからね。近赤外線も同じだね。 遠赤外線は、固有振動の関係で、効率良く発熱するが＋αになります。 赤外線は、温まる光と考えますが、それは一般的には遠赤外線のことです。 それを混同しますと、肉の話しと近赤外線の話しへ飛躍し、混乱させます。 金属や樹脂が温まるでしょうか？ のもう一つのポイントは、可視光でも赤外線LEDの目に見えない光(赤外線)でも、 金属や樹脂に対して、光が反射するか吸収するかです。 鉄鋼の金属加工表面は、光が反射し易い状態が一般的です。 それが、表面が錆ていたり、表面の色を塗装で黒色にしたりしますと、光を吸収し易くなり、 それによって温度が上がります。(樹脂が白色か黒色で) (色では白と黒で、表面状態では鏡面と凸凹面では、光の反射率が違います) 以上も大きな要因となります。
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再々出です。 光 → 熱エネルギー 変換の効率の問題となります。 光だけのエネルギーは、光合成等のエネルギー資料からでも、 目に見えない紫外線 － 可視光線 － 目に見えない赤外線 約５％ 約５０％ 約４５％ となり、目に見えない光エネルギーも５０％近くあります。 それと、LEDはLED自体が発熱を殆どしないで光を発するので、電気 → 光 の効率が良く、 電気代が安い照明になっています。 それなので、白熱電球のようにそれ自体が発熱するエネルギーを集める効率も悪いとなります。 また、遠赤外線の特徴である初出記述の＋αの発熱も赤外線照射LEDでは望めないので、 効率が悪いとなります。 最後に、金属や樹脂の表面状態や色でも効率が作用します。 以上から、LEDのチップが山ほど必要になる公算が高いとなります。
単純にこれなんか使うと熱々になります。 実験でよく借りますが、かなり熱いです。 http://www.ccs-inc.co.jp/s2_ps/src/pro_sr/1/1/20/43/0/j.html http://www.moritex.co.jp/products/mvs/list_mg.php?code=1-2-21-1
再出です。 質問内容に関係ない記述をします。 回答(５)さんの記述の中に、 > 長文書いてたら消えちゃった がありますが、この森の回答は、ログインから60分経過して、登録するために『次へ』を クリックしますと、データが原則消えます。 ですから、60分付近なら記述内容をコピーしてから、登録するために『次へ』をクリックします。 それを忘れた場合は、左上部隅の ← → の ←(戻る)をクリックしますと戻る場合があります。 ←(戻る)は、素早いダブルクリックを１回です。 参考欄のURL添付が複数の場合には、最初だけになりますが、本文は復活する場合があります。 復活した本文は、今度は登録するために『次へ』をクリックしますと登録画面に移行します。 試してみてください。
原理的にはです。各段階での効率が効きます。結果論から言うとヒーター投入電力以上に温まることはない仮に物を暖めるのが目的なら。ｋｗのニクロムヒーターを使う様な状況でそれをLEDに変更しするのを考えるのはあまり現実的ではないと思いますね。赤外に限らず可視光でも、 最も最近じゃ車のヘッドライトもあるから不可能ではないかも。
長文書いてたら消えちゃった >>10mmピッチで多数個並べれば、 >>110W÷0.82W＝134倍ほど高い放射照度が得られる計算です。この状態に >>おける温度上昇は、前記の134倍の7.7℃～11℃程度と見積もられます。 集光って考えが抜けてると思う ちなみにもっと集積したものは売ってるし あたたくなったら、盗撮できませんね（犯罪はいけませんが） まずLEDラら出る光は単色でレーザーと同じく直進性を持ちます http://ascii.jp/elem/000/000/506/506723/ 抜粋 あまり知られていないと思うが、フィラメントなどの発光と違って、LEDから発せられる光は直進性が高い。 ですから LEDを単純に集めても ■■■■←LED ↓↓↓↓ ↓↓↓↓ ↓↓↓↓ ↓↓↓↓ ＿＿＿＿受光面で受ける光の量は１つのLEDと同じ 途中ですが ここで赤道近くと低緯度の気温差の話を差し込んでおく 赤道付近 ■■■■←太陽光 ↓↓↓↓ ↓↓↓↓ ↓↓↓↓ ↓↓↓↓ ＿＿＿＿受光面で受ける光の量は直角に当たるため100％ 低緯度では ■■■■←太陽光 ↓↓↓／ ↓↓／ ↓／ ／ 受光面で受ける光の量は斜めでになり薄まる60度で50％ http://web.cc.yamaguchi-u.ac.jp/~yamaharu/LEP1.htm 画像 http://web.cc.yamaguchi-u.ac.jp/~yamaharu/image2112.gif 来れた二つにより温度を上げるには単位面積当たりの 光の量が必要と結論でき 単純に平行にならべただけでは LEDの光の特性から集光できず 温まらない 未だ続く この話で 誰もレーザーのほうの話が出ないのが不思議なんだが 文字通り 赤外線のledを使って 物を温めるものは手元にあります http://ja.wikipedia.org/wiki/CD-R 抜粋 書き込み方法 780nm赤外線レーザー パソコン搭載のCDRがそれで 書き込み時には http://www.mb.ccnw.ne.jp/kontoshi/papa/gimon/CD.htm 局部的に300℃ になります しかし焼いてほやほやのものをパソコンから取り出しても 暖かくはありません 局所的にしか温まらないからです ↑ これが焼き肉はおいしく焼けませんでしたのいみ 温めるために ほしいのは単位面積当たりの光の量です 赤外線らいと http://www.pis-security.com/69.html
赤外ＬＥＤで、照射物は間違いなく暖まります。 とは言っても、定量的に表現しないと、あまり意味のないことです。 赤外であっても、可視光線でも、紫外放射でも、照射されたものが、放射 エネルギーを吸収し、吸収エネルギーの逃げ方次第によって、温度上昇が 決まります。後ほど、定量計算した結果を追記したいと思います。 なお、先に書いたとおり、物の温度を上げるためには、赤外放射以外でも 有効ですから、白色発光のＬＥＤでも被照射物の温度を上げることは可能 です。 例えば、次のURLの赤外LEDの特性をみると、放射強度の最小値が、 8.2 mW／sr @ 50mA 駆動時の記載があります。 http://www.rohm.co.jp/products/opto_device/sensor/diode/sir-563st3f/ 8.2 mW／srとは、放射の軸方向 1 mの距離において、1 m^2あたり8.2 mWの 放射パワーが到達するということです。距離が、0.1 mであれば、逆二乗の 法則に従い、1 m^2あたり820 mWの放射パワーが到達することを表します。 1 m^2あたり820 mWの放射パワーが、断熱材の表面に入射するような場合を 想定すると、物体の熱伝導が悪いので、熱伝導は殆ど起こらずに、入射点の 温度が上昇して、熱として対流・放射で逃げることでエネルギー収支が定ま り、温度上昇を求めることが可能です。 温度上昇によって周囲に逃げるエネルギーは、熱伝達係数を使って見積もる ことができます。この値は、1 m^2あたり、周囲の空気より物体の温度が １℃高い場合、10～14 W程度の値です。1 Wの値に対応する温度上昇に換算 すると、1／10～1／14 ℃程度 ＝ 0.07 ℃～0.1 ℃程度です。 先の赤外LEDで0.1 mの距離から連続して照射した場合、1 m^2あたり820 mW でしたから、温度上昇は、（0.07～0.1）×0.82 ＝ 0.06 ～ 0.08 ℃程度と 見積もることができます。 被照射物の温度を上げることはできるが、その値は小さく、上記のような 条件で温度上昇は 0.1℃以下・・・・・要するに、人が熱感を感じること はなく、普通の温度計では、温度が上がったことを検出できない程度と 言う結果です。 多数のLEDを高密度に並べれて照射すれば、物体の温度を数℃上げる程度の 赤外加熱装置を作ることは可能でしょう。 前の例と同じLEDを沢山並べた場合についても試算してみましょう。 10mmピッチの正方形グリッドに多数個を並べ、すべてのLED50mAで駆動する ことを仮定します。仕様書によると、光出力の代表値は11mWとのことです から、被照射面の中心部付近では、10mm×10mmの面積に11mWの放射パワー が到達するものと計算できます。 1m^2あたりに換算すると、11mW×100^2＝110Wということになります。 前の例は、1m^2あたり820mWでしたから、10mmピッチで多数個並べれば、 110W÷0.82W＝134倍ほど高い放射照度が得られる計算です。この状態に おける温度上昇は、前記の134倍の7.7℃～11℃程度と見積もられます。 500mm×500mmの範囲に、50個×50個＝2500個のLEDを10mmピッチのグリッド で配列して、照射距離が500mmより十分に近い場合（例えば100mm程度） 被照射物の中心付近では、十分な時間照射すれば、10℃程度温度上昇させる ことができそうです。 ただし、被照射物は、赤外線をよく吸収するとともに、熱伝導が低い性質 を持つ（＝プラスティック）場合に当てはまります。 ＞赤外線をよく吸収するとともに、熱伝導が低い性質を持つ（＝プラスティック） プラスティックは、波長800～1000nm程度の赤外線をよく吸収するかと突っ 込まれるかもしれませんので・・・・・・ この波長帯をよく吸収する黒色塗料を塗った場合としておくことにします。 仮定条件は、十分に書き切れていないかも知れませんので、疑問点があった ら、お問い合わせ下さるようにお願いします。 集光したらどうなるか？ 集光させる手段として、半径 0.1mの半球の内側にLEDをぎっしり並べて、 すべて球の中心を向くように配置することを考えます。 半径 0.1mの半球の表面積は、2πr^2 ＝ 0.0628 m^2 この面積に285個のLEDを配置して、この半球を机の上に伏せて、球の中心 にあたる机上面の温度上昇を考えてみることにします。 具体的な配置は、次の通り 緯度 数量 90 1 84 3 78 7 ・ ・ ・ ・ 6 31 （＋ ---------------- 285個 照射距離は、どのLEDに対しても0.1mで一定です。 ただし、緯度90°にあるLEDを除いて、照射面に対して斜め入射の状態に なりますから、その分を割り引いて考える必要があります。 その上で、集計すると、ざっと次のような結果です。 緯度 数量 1個あたり放射照度 小計 90 1 680 mW/m^2 680 mW/m^2 84 3 676 2028 78 7 665 4655 ・ ・ ・ ・ 6 31 71 2201 （＋ ----------------------------------------------- 285個 102303 mW/m^2 mWの単位を、Wに読み直すと、102 W/m^2程ということです。 集光させるように配置しても、放射照度は大して増加しないという結果の ようです。使ったLEDの放射強度半値角は、15°でしたが、もっと角度の 小さいものを選定すれば、平面波位置よりも半球状に配置した方が、 放射照度を上げられると考えられます。
赤外線ではないが 電球の光を集めて、焼肉は焼けるか？ http://www.ntv.co.jp/q/oa/20111120/02.html 赤外線ヒーター http://oshiete.goo.ne.jp/qa/4560630.html 遠赤外線ヒーターを500Ｗ LEDの出力は 回答1 では たくさん集めれば温まるのかといえば >>電球の光を集めて、焼肉は焼けるか？ のように うまく集光できないと思われるので 焼き肉はおいしく焼けないと思う 私の書き方が悪かったのか 光でモノが温まるということは 原子が振動して温まるということです だから 質問者のように赤外線を発するのLEDじゃ暖かくならないの？ という疑問が生じると思います 回答1のように出力が小さいので揺らす力が足りなくて温まりません じゃあ、たくさん集まればと考えますが 単純に集めても 受光側の面積当たりの光の圧力は変わらないので 温かくはなりません ↑ 赤道近くは暑く 低緯度はなぜ寒いのかとか調べてくれ じゃあ、レンズなどで集光すれば と考えます こたつの電球を400w LEDを40mW（0.04w） と仮定すると1万個程いります まあ、それを一点に集めれば おこた具合の温かさにはなるでしょうが しかし、暖かくなるのは一点だけで ほかはあたたかくなりません 金属なら熱伝道で時間をかければ暖かくなるかもしれないが ↑ これらを比喩して 焼き肉はおいしく焼けないと思う と書いたんですけどね 光の波長や赤外線・遠赤外線の話をしているわけではなく 光の圧力について話してるんだけどね http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%94%BE%E5%B0%84%E5%9C%A7
LEDのチップが山ほど要る http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-03261/ 照射強度：４０ｍＷ／ｓｒ http://www.kyosemi.co.jp/sensor/infrared_led/ked085_p01 ハイパワー赤外線照明用 光出力440mW 入力1.5 V 1000mA 書込むより検索した方が早いでしょう。 ＞電球の光を集めて、焼肉は焼けるか？ これは明らかに遠赤ではない近赤 しかし加熱するものによっては、近赤の方が適する場合がある。 http://www.fintech.co.jp/hikaributuri.htm#4 遠赤外線は、ごく表面（0.1～0.2mm）の加熱。そのため接着剤の加熱に遠赤外線ヒータを使った 例では、、内部まではなかなか熱が伝わりません。 近赤外線ヒータの場合には浸透（透過）して内部からも加熱されるため、、接着剤加熱用 にはこの近赤外線ヒータでなくてはならないとされています。 近赤外線ヒータ（ランプ）から出る可視光線は加熱に寄与しない、と勘違いされている人が いますが、可視光も吸収された光エネルギーは全て熱に変わります。 暖房器具など遠赤遠赤と宣伝されるから、それがあたかも万能であるかのように思い込みガチだが、ちゃんと中身を確かめるべし。 http://www.fintech.co.jp/hikaributuri-hosoku1.htm 遠赤外線加熱の嘘の宣伝について 所詮 40mWや440mWでは、殆どカスリもしないが・・・
お礼
非常に面白い内容ありがとうございます。 もう少し、調べてみます。