放射熱を感じる

１０月に「コーヒーカップよりもステンレスカップの方が冷めにくい（らしい）」という話を書きました。（「熱しやすく冷めやすい」）
そちらの追試もしなくてはいけないのだけど、最近は「放射率の違い」を肌で感じる仕組みに凝っています。（「放射熱」よりも「輻射（ふくしゃ）熱」という言葉の方がなじみのある人もいると思います。漢字制限で変わったのか今は「放射」の方をよく見かけます。「輻」の字はたしか「車のスポーク」にあたるもののことだから、まわりじゅうに放たれている感じがでています。英語のradiationもradius(直径）と同系だろうから同じような話）

熱の伝わり方のうちで「伝導」と「対流」と比べると「放射（輻射）」は、いかにもわかりにくいと感じていたのですか、考えてみれば太陽からの熱がそうやって来ているわけで、もうちょっとわかってもいいなと思った次第です。

こんな道具を作ってみました。

アルミダイキャストの箱の面を、
１．そのまま
２．アルミ箔を貼る
３．塗料で黒く塗る
４．フェルトを貼る
という処理をしたものです。

この中に熱湯を注いで、それぞれの面の近くがどうなるかを調べようというものです。
フェルトはともかく他の面の温度はほぼ同じになると考えられるので、何か違いがあるとすれば、表面の性質によるだろうということ。

答えを先に言ってしまうと、黒く塗った面とフェルトを貼った面に「手」を近づけると２センチくらいの距離から「暖かさ」を感じるのに対して、アルミそのままやアルミ箔の面はギリギリまで近づけないと暖かさを感じません。これは「アルミの方が放射率が低いから」と言ってしまえばそれだけのことなのですが、結構ビックリしました。

放射温度計を使う時にこの「放射率」が問題になります。金属は放射率が低いのでそのまま測ると正しい値がでません。〈金属そのものの温度を測りたい〉という目的からすると、単に「測定上の注意」ということなのですが、「放射率が低い」ということの本質は何かといえば「熱を放出しにくい」ということでしょう。つまり同じ温度の容器であっても金属面の部分からはあまり熱が出てこない。（だから「冷めにくい」という話が前に書いた日記です）

人に見せる実験としては「手で感じる」のがベストかもしれませんが、大勢の人に見せるためには、「黒い面の前に持っていくとパッと動く」ようなメーターとかランプが欲しいところです。デジタル温度計のプローブを置いても反応が鈍くてダメ。コーンを付けたり、プローブの先に何か付けたりしてもダメでした。中村理科工業の店長さんに「熱電対をそのまま使ったらどうか」と助言をいただきました。　実は、この実験は１８６０年頃にジョン・チンダルがRoyal Instituteで見せたものをマネしているのですが、その時の「熱検知器」がThermo electric pileと呼ばれるもので、まさに熱電対なのでした。　工作も電気も苦手な私としては、熱電対使ったセンサーを作ることもままならず、まだ何か楽な方法がないか探索中です。

さて、箱の４つの面を「放射温度計」で測ってみるとどうなるでしょう。ちゃんと記録していなかったのですが、

１．そのまま・・・・・・・３５度
２．アルミ箔を貼る・・・２８度
３．塗料で黒く塗る・・・７１度
４．フェルトを貼る・・・・・６８度

という感じになりました。（あくまでも「ざっと」です）
「１」の面はアルミダイキャストをピカールで磨いたのですが、アルミ箔よりも放射率は高い（反射率が低い）ようですが、ともあれ「金属」と「それ以外」の差は大きく出ました。「面の温度」そのものは、ほぼ同じはずなので、測定結果だけを見ると「放射温度計ではうまく測れない」ということになってしまうのですが、これは測定の問題とうよりも、「面の近くの点が受ける熱線の量」と考えれば、まさにそのままの値が出ているのですから、「アルミの近くは暖くないが、塗料の面の近くは暖かい」ということを示しているともいえます。

その意味で放射温度計は「放射熱の違いを示す道具」として最適なのかもしれませんが、いかんせん「直感的」とはいいがたいので、チンダル先生のような「原始的計測器」が欲しくなるのでした。

“Heat considered as A Mode of Motion:
being A COURSE OF TWELVE LECTURES
delivered at THE ROYAL INSTITUTION OF GREAT BRITAIN
IN THE SEASON OF 1862”
by John Tyndall