疑問に思ったこと

質問

いつもお世話になっております。

先ほどふと気になったことがあるので質問させて頂きました。

晴れの日、お日様が照らしてる所にペットボトルジュースを置いておいた場合、もちろん温かくなると思いますが、その日の気温が冷蔵庫の中以下（０～４℃）だとします。
その場合はお日様の光でジュースが温かくなるのか、外の気温で冷たくなるのかどっちなのでしょう。

スタート時のペットボトルジュースは冷たいものとします。

できれば解説も込めて回答して頂くと嬉しいです。

しょうもない質問で申し訳ありません

回答No.1

afromaniakud · ベストアンサー

最近、物理から遠ざかっているのであまり詳しい計算まではできませんが。

太陽の光は輻射熱といってざっくりゆうと電磁波のようなある波長をもったもので物を温めます。その光がものにあたった表面で温度が上昇します。夏場に太陽にあたると皮膚があついのに空気はそんなにあつくならないのはこの為です。

温めるにはその光が物にあたってその光をどれだけ吸収するかによります。黒色は光を吸収する量が多いので黒いものは温まりやすいです。

ペットボトルの場合、外側のラベルは色が付いているので温まりやすいです。ボトル自体は透明ですがこれも少し温まります。中の液体は光をあまり吸収しないのでそんなにあたたまらないでしょう。
光があたる角度も関係します。

一方で、外気による冷却はほとんどが空気による対流伝熱になります。ペットボトルの表面の温度が風で冷やされるので、風がふけばふくほど冷やされます。
また、ペットボトルがおいてある床を伝わって冷える熱伝達もわずかながらあります。

結果としては、太陽の輻射熱と空気による対流伝熱（と熱伝達）のバランスがおちついたところ（平衡）の温度になります。

これは熱力学のフーリエの法則（だったかな？）ですべて計算式があるので、計算することで大体予想できますよ。

外気が0～4℃だとすると冬が想定されるので、太陽の光量が低く輻射熱が低いと思います。そうするとざっくりですが、かなり晴天で12時ごろで無風を想定すると4℃～10℃くらいの間でおちつくのではないでしょうか。