赤外線はなぜ熱を伝えられるのですか

質問

可視光に比べて赤外線は波長が長いことから
エネルギー量は赤外線の方が少ないと思われますが
なぜ熱を調べる時に赤外線カメラを使ったり
遠赤外線が暖かいという言葉が各方面で聞かれるのかが
分かりません。

太陽に当たると暖かく感じる一方で、
蛍光灯のとても明るい場所でも暖かいとは感じないことは経験上から理解できますが
なぜ　可視光が熱をさほど伝えないかという理由が分かりません。

原理について教えていただけますでしょうか。

回答No.9

ORUKA1951

＞赤外線の波長が皮膚や空気の構成分子と共鳴度が高いために熱運動としてエネルギーを与えやすいということでしょうか。
　端的に言うとそういう事です。
　それより長い波長だと誰も影響を受けないが、導体だと電子の振動として受け取ることができる--アンテナ
　短いと、視細胞のロドプシンの構造を変化させて・・視覚に
　さらに短いと、DNAを破壊する。

　せっかくエネルギーを与えても素通りしてもだめということ。

　一休さんの釣鐘と同じですね。

お礼

分かりやすい説明をしていただきありがとうございました

回答No.8

ORUKA1951

エネルギー、熱と温度を混同していませんか？
すべてのエネルギーは究極的には熱エネルギーに置き換えることができます。

そしてとても重要な熱と温度の区別。
　これは小学校の理科で体験したと思いますが、ビーカーに氷と水を入れてアルコールバーナーで加熱---熱を加えても温度が上がりませんでしたね。

　温度とは、物質を構成する粒子の運動量の平均であって、同じ0℃の氷と水では熱のある頭を冷やす能力違いますから・・

　赤外線など波長の長い電磁波は私たちの皮膚や空気などの熱運動を上昇させるのに適した波長と言う事です。

補足

ご回答ありがとうございました。
赤外線の波長が皮膚や空気の構成分子と共鳴度が高いために
熱運動としてエネルギーを与えやすいということでしょうか。
よろしくお願いします。

回答No.7

hitokotonusi

＞なぜ熱を調べる時に赤外線カメラを使ったり
＞遠赤外線が暖かいという言葉が各方面で聞かれるのかが
分かりません。

上と下で理由が違います，

上：
有限温度の物体は必ず電磁波を放出しています。放射される電磁波の波長は温度が低いほど長く(低エネルギー)，温度が高くなるにしたがって短く(高エネルギー)なります。我々が普段計りたい物体の温度はさほど高くないので，放射される電磁波が赤外線の領域になるので赤外線で温度(熱ではなく)を測ります。数千度までの高温になると可視光領域まで来ますから，天体の温度などは可視光で測ります。

下：
下は吸収率の問題です。我々人間などの生体は水分をずいぶんと含んでおり，水分による赤外線の吸収率が遠赤外で高いことが遠赤外は暖かいと言われる理由です。エネルギーが高くても素通りしてしまえば痛くも痒くもない。

お礼

分かりやすい解説をしていただき感謝します

回答No.6

noname#212313

#2です。

>レントゲン撮影では、より波長が短いＸ線が体を突き抜けてしまうことを応用していると思いますが、

　エネルギーが高いために、通過する部分にダメージを与えつつ、無理矢理突き抜けます。だから、安全管理が厳重になされています。押し通る、という感じです。

　量子化した光子でエネルギーEを表す式は、振動数（波長の逆数に比例）をν、プランク定数をhとして、E＝hνと表されます。振動数が大きい、つまり波長が短いほどエネルギーは高くなります。レントゲンで使うX線は非常に波長が短いため、人体を一部が通り抜けることができるわけです（筋肉、脂肪、骨等で突き抜けやすさが違うので、それらの形状がレントゲン写真として写る）。

>可視光よりも波長が長いマイクロ波も食べ物の内側まで届くということから

　こちらは、波長が長いゆえに、物体を構成する原子との衝突が、単位距離当たりで少ないために透過性があります。すり抜ける、という感じです。

　同じく突き抜けるのであっても、理由が異なっているわけです。

>なぜ両者の中間の可視光領域の波長だけが反射されやすいのか

　それらのちょうど中間辺りが可視光になります（赤外線や紫外線もほぼ同じ）。無理矢理突き抜けるにはエネルギーが足らず、かといってすり抜けるほどには波長が長くないのです。中途半端なわけですが、それだけに反射も大きくなって視覚にとっては有利になり、地球上の目を持つ生物は、主に可視光を使って物を見ています。

お礼

すり抜けと、押し通しの違いという分かりやすいご説明をいただき、とても助かりました。
御指導に感謝いたします。

回答No.5

weboner

発熱物体は表現違い

放熱物体、蓄熱物体？
ともかく熱を持つものからは赤外線が放出されているということ
サーモセンサーやサーモグラフはその赤外線の強さで温度を表示している

ちなみに
サーモグラフで青色表示のものはあくまで温度を色で表しているだけで、紫外線が出ているわけでも赤外線が放出されていないわけではない

回答No.4

weboner

【赤外線が熱を伝える】のではなく

【発熱物体が赤外線を放射する】のです

補足

ご回答ありがとうございます。
２番目の回答と合わないような印象を持ちますので
熱源からの放射以外に
照射を受けた側の状態について教えていただけると助かります。

回答No.3

中村 拓男（@tknakamuri）

通常の温度では、物質は可視光をほとんど放ちません。
赤外線を放ちます。なので温度を調べるには赤外線カメラが
必要です。

温度と波長分布の関係を初めて定式化したのはマックスプランクです。
ここから量子力学は花開きました。なので、なぜ赤外になるのかを
理解するには、量子力学の知識が「若干」必要になります。

太陽と、蛍光灯の話ですが、

蛍光灯の光が熱をつたえないのは、太陽光に比べひどく暗いからです。
日中に直射日光の中で蛍光灯を点灯してみればわかります。

人間の目は明るさに順応するので、大した
違いはないように感じるかもしれませんが、直射日光は非常に強い
光です。

太陽光のエネルギー密度は　1370 W/m2 に対して
蛍光灯のエネルギー密度は、かなり明るいものでも 1 W/m^2
程度です。

お礼

波長分布のことや蛍光灯の出力などの知識をいただきありがとうございました

回答No.2

noname#212313

光と言うと可視光だけに限定されてしまうことがあるため、電磁波とまとめてしまうと、波長がどうであれ、エネルギーを持っています。波長が短いほどエネルギーが高いですし、振幅（可視光なら色に関わらず明るさ）が大きいほどエネルギーは高くなります。

　しかし、暖房や一部の加熱調理器具では赤外線の作用だとよく言われます。それがなぜかなのですが、反射の割合です。可視光と比べるとすると、ほとんどの物体で赤外線は反射率がおおむね低いのです。鏡ですら赤外線はほとんど吸収します（だから、太陽光を鏡で反射させても、直接の日光よりは暖かくない）。ガラスも赤外線はほとんど吸収します。

　反射されるということは、エネルギーを受け取っていないということになります。もし、物体の反射率を極端に下げれば（真っ黒になる）、どんな波長でも加熱に使われます。そういう工夫をしておけば、波長は無関係になります。しかし、たいていは反射が起こりますから、反射する分は加熱に使われず、効率がよくありません。赤外線より波長が長くなると、今度は通り抜ける率が上がってしまい、それも加熱には効率がよくありません。赤外線だけが、反射も低く通過もしないため、加熱には効率がよいわけです。

　しかし、赤外線だけ増やすことは普通はできません。物体が自分の温度で自ら発する電磁波の波長はある種の分布をしていて、一番短い波長を頂点に、それより長い波長の電磁波がさまざまに含まれます。赤外線を多く出そうとすると、波長の短い電磁波も出すようにせざるを得ません。

　そのため、充分な熱を供給する必要のある電気ストーブの電熱線は赤く光ります。赤い光は可視光ですから赤外線ではなく、反射率も赤外線よりずっと高いのですが、赤外線をたくさん出すためにはやむを得ないのです。

　明るさという点では、白熱電球より蛍光灯、蛍光灯よりLEDということがよく言われます。赤外線という点でみてみると、蛍光灯、さらにLEDは放射する赤外線が少なくなっています。そういう特別の工夫ができることもあります。逆に、もし赤外線だけ大量に出せれば省エネにできる可能性があります（まだ、これといったものは無い模様）。

　赤外線カメラは、普通のカメラとはやろうとしていることが違います。普通のカメラは反射光によって物体の表面の状態を捉えるものです。それに対して赤外線カメラは、物体が自らの温度により発する赤外線を捉えます。赤外線カメラは、温度分布を画像化している、つまりある種の温度計であるわけです。

P.S.

　ちなみに「遠赤外線が中まで届いて」といった説明があったりしますが、そういうことは起こりません。赤外線であっても物体表面で止まります。中まで届くのはもっと波長が長い、たとえばマイクロ波です。ある波長のマイクロ波は水分子を揺らすことができるので、それが電子レンジに応用されています。

補足

詳細なご説明をいただきありがとうございました。
一つ疑問に感じることがございます。
レントゲン撮影では、より波長が短いＸ線が体を突き抜けてしまうことを応用していると思いますが、
可視光よりも波長が長いマイクロ波も食べ物の内側まで届くということから
なぜ両者の中間の可視光領域の波長だけが反射されやすいのかについて
どのような理由で反射や透過が決められるのかを教えていただけますでしょうか。
よろしくお願いいたします。

回答No.1

aokii

【熱】と【温度】の言葉上の違いです。
高温は短波長、低温は長波長です。
エネルギーの吸収量とエネルギーの放射量の割合で、物体の温度が決まります。
人間の感覚で【熱】と言えるのが、赤外線です。
赤外線は、分子や原子の振動で、長波長です。
可視光線は、電子の振動で、短波長です。

補足

早速のご回答をありがとうございます。
教えていただいた内容では、なぜ熱が長波長と関係あるのかが分かりません。
波長と熱の関係の理由が分かると助かります。