光の吸収について

質問

材料に光を当てた時、材料は光を吸収して温度が上昇すると思うのですが、この温度上昇を、光の強度や材料の吸収係数等から計算で出すことってできますか？
参考になる文献等があればそちらも教えてください。よろしくお願いします。

回答No.2

gamma · ベストアンサー

材料が固体の場合には、エネルギーの保存に関する微分方程式を作って解くだけです。

1.（単位時間単位体積当りの 光のエネルギーの吸収）ー（単位時間単位体積当りの 材料からのエネルギー損失）＝（比熱）ｘ（比重）ｘ（温度の時間微分）
2.　単位時間単位体積当りの 光のエネルギーの吸収は通常指数関数で表わされます。
3.　単位時間単位体積当りの 材料からのエネルギー損失は、条件によって多少変ります。
　3.1.　表面からの損失は、環境が真空の場合は黒体放射（温度の4乗に比例）
　3.2.　　　〃　　　、液体や気体の中にある場合は、その中への熱輸送（伝導と対流）に関する微分方程式を連立させます。（この場合、流体の式＜連続の式と運動量保存の式＞も必要になります）
　3.3.　表面と内部は温度が異なるのでそこでの熱伝導の式を連立させます。

伝熱工学（機械工学の一部）に関する本をお読みになると沢山の例題があると思います。それを参考にして下さい。
熱源をどう与えるかの違いだけです。
定常状態でよければ、全ての微分方程式の時間微分の項をゼロにして解く事が出来ます。

回答No.3

walkingdic

光が全部熱に変わるとすると、厳密にはＮｏ．２さんのような話になります。
まあ簡単には単に光のエネルギーが全部熱に変わったとして温度に換算する方法もありますけど。
ただ光のエネルギーが熱以外（分子を壊すなど）に変わるケースでは、上記仮定が成立しなくなってきます。

ちなみにカロリメータという光のエネルギーを測定する装置があります。
これはまさに光を吸収して熱に変換されたときの熱エネルギーを測定するものです。

回答No.1

noname#31426

遠くの星のフラックスを受けて、宇宙空間の物体の温度が
どれくらいになるのか、といった計算に近いのかもしれない
と思いました。

上記の場合、"放射平衡温度"の計算となりますが、

a)吸収されるエネルギーフラックス
b)放射されるエネルギーフラックス (物質の温度の関数)

がつりあうようになるように温度を計算します。

ここで、a)では物質の吸収係数を, b)では物質の放射係数を
用います。吸収係数と放射係数を同じと考えて計算される
こともあります。

a)とb)の計算は、係数を断面積にしたもの(幾何的な断面積
を係数にかけたもの)を波長で積分しますが、a)の式の前に、
エネルギー源の位置や形による係数が必要です。

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材料に関しての計算をするとき、まわりの環境による影響が
どうなるのかよくわかりません。

「放射平衡温度」「フラックス」「Equilibrium temperature」
などのキーワードで文献を探されてみてはいかがでしょうか。