放射、熱伝導、アルミの毛布、

質問

防災用品にあるアルミブランケット。暖かい？　アルミって熱伝導率が高いはず。（だから金属類は触るとひんやりするわけで。）この疑問に検索してみたら　輻射、放射、放射冷却、
これで説明されている。放射冷却は分かる。「冬の良く晴れた日は寒く、曇りの日は割と暖かい」という現象。雲のような遮るものがなかったら熱は宇宙へひたすら逃げていく。
あちこちの説明によると・・・。
熱を持った物体は赤外線を出す。物体は赤外線を出すと冷めてしまう。
この赤外線を反射するのがアルミの役割。
アルミの「高い熱伝導率」ゆえに熱が逃げていくという損失は避けられないけど、「熱を持つ物体」から発せられる赤外線をアルミは反射させることができる。
ここまで理解できたように思った。本当に理解できたか？読んでいて、できたイメージは以下の通り。
「熱を持った物体」から放射された赤外線をアルミは反射する。熱はとどまり暖かい
「熱を持った物体」を直接アルミでくるんだら熱伝導率が高いゆえに熱が逃げてしまう。熱は失われる。冷える。
「熱を持った物体」を布団等でくるみ、その上からアルミでくるむと、布団中を伝わった赤外線はアルミに反射される。熱はとどまり暖かい。
それにどうやら　「熱≠赤外線」なのらしい。
以上のことについて修正および補足等お願いします。・・・（１）

次は文章を読んでつまずいたことについて。
アルミのシートについては赤外線を反射させるといったし、納得した。
が、以下の文が理解できない。
「雨の日に気温が下がりづらくなるのは、地表から出る赤外線を雲が吸収し放射冷却が遮られるから」
アルミシートの時は「反射」といったが、雲の時は「吸収」だという。真逆ではないか。文章ミスか？宇宙に熱が逃げていかないだけましということか？、熱を吸収した雲が覆うことで、地球はまだそれなりに暖かいんだということか？・・・（２）

（１）（２）についてよろしくお願いします。

回答No.7

kagakusuki

試しに氷の表面にアルミブランケットを密着させて、その上から素肌で触ってみて下さい。
　おそらく冷たく感じる筈です。
　その事からも明らかな様に、アルミブランケット程度の厚みでは、熱伝導を妨げる事は出来ないのです。(エアロゲルなどといった特殊な素材を用いていれば話は別ですが、エアロゲルは不安定で長期間に亘って品質を維持する事が出来ません)
　ですから、アルミブランケットが暖かい理由を考える上で、熱伝導率の問題を考えている事がそもそもの誤りなのです。
　アルミブランケットが暖かいのは、表面にメッキされているアルミニウムが赤外線を放射し難い素材であるため、シートの外気側の表面の温度があまり下がらずに済む事により、シートの内側の空気とシートの外気側の表面との間の温度差が小さくなり、温度差が少ないものの間では熱の流れが少なくなるために、内部から外へと逃げてしまう熱の量が少なくなるからなのです。

回答No.6

kagakusuki

>No.5の回答者様の１文で、ブランケットが暖かいのは、主に、熱伝導率の低い白い不織布を使用しているためで、アルミが赤外線を反射しようがどうだろうが　実はたいしたことないらしい、と読み取れました。

　ブランケットの材質が不織布であるため、アルミの熱伝導率は関係のない話であるという事は、既に回答No.3でも回答No.4でも既に申し上げている事に過ぎません。
　そして、アルミブランケットが暖かいのは材質が不織布であるためと質問者様は解釈しておられるようですが、その解釈は大間違いです。
　アルミブランケットの厚みは非常に薄い事により直ぐに熱が伝わってしまうため、材質である不織布の熱伝導率が低いのか高いのかという点は殆ど関係ありません。
　アルミブランケットが暖かいのは表面の材質がアルミという赤外線を吸収し難く、放射もし難い材質となっているという事と、ブランケットの通気性が悪く、外気が直接内部に入ってくるのを防いでいるためです。

回答No.5

noname#224207

No.２です。
補足を頂戴しましたので、再度説明をさせて頂きます。

>あらゆる場所においてエネルギーの反射、透過、吸収が常に起こっていて　その結果、その現場のその時その時の現実の気温が「常温」なんだということでよいですか？
原理的にはお考えの通りで差し支えはありません。
狭い会議室などで長時間やっていると、蒸し暑くなってくるのはお考えの理由によるものです。
体温が３６℃近辺の人間は６０ｗの白熱電球一つと同じ熱を放出していると言われています。
「常温」という言葉は一般的に使われていますが、生物学や薬学、気象学などという分野では喧しく規定されています。
或は、細かな寸法を測る必要がある製品について測定されるさいなどでも喧しく決められています。
このような祭には「現実の気温が「常温」なんだということ」という言葉の使い方は間違いだということになります。
冷凍食品などを解凍する際には室温に戻すという言う方が使われます。
一般家庭の室温は夏と冬で違いますが、どちらであっても差し支えが無いという事です。
これを常温と言うことになりますと、一年間の総平均気温でなくてはならないということになってしまいます。
日本の場合は２３℃ということになっています。
インドなど熱い国は行けば違ってきます。

＞太陽光の赤外線は大気をさっさと光速で透過して、地表で反射または吸収され、地面がエネルギーを受け取って熱を持ち、その熱がゆっくりその上を漂う空気を温めていくんですね。
温まるのが地球ですので差し支えはありませんが、宇宙飛行士だと命にかかわります。
このために宇宙服は銀色に仕上げることによって太陽からの赤外線を反射して宇宙飛行士の体温が上がらないようにしています。

＞熱伝導率が高いということは　保温（あるいは保冷）にはならないということです。
アルミ単体であればこのように考えられても差し支えはありません。

＞ブランケットのアルミにくっついてる発泡スチロールの膜のようなものが断熱材的役割をはたしていて、熱が逃げないようになっているということでしょうか。
ご指摘の通りです。
「発泡スチロールの膜のようなもの」と言われているのは発泡させたスチロールではなく、ポリエチレンなど柔らかいプラスチックを発泡させたものでしょう。
果物のクッション材としてよくみかけます。
発泡スチロールというのはスーパーなどでお刺身のトレーに使われていますように硬いものですのでブランケットには不向きでしょう。
空気というのは身の回りのものの中では最も熱伝導率が小さいつまり熱を伝え難いものです。
空気は温まるとすぐに上昇拡散してしまいます。
発泡スチロールなどはよく見ますと沢山の小さなあわ（気泡）があります。
このあわの中に空気を閉じ込めておいて拡散しないようにして断熱材としての機能を発揮させています。

＞だとしたらアルミブランケットは白いほうを外側にむき出しにして、アルミの色のほうを内側にして、体を覆うのに使わなくてはいけないということですね。
理屈の上からはご指摘の方が保温効果は期待できることになりますが、実用上はどちら側にしても大差はないでしょう。
ブランケットの繊維の間の空気は動き難いので、断熱性を発揮しています。
この空気がブランケット全体から外気へ逃げる熱を抑えますので、実用上は充分暖かいでしょう。

回答No.4

kagakusuki

>アルミの持つ「高い熱伝導率」のほうも同時に問題視していただかないと私の疑問が解けません。

　何故、疑問が解けないと考える事が出来るのか意味が解りません。
　御質問文で疑問だと仰っておられる事は「防災用品にあるアルミブランケットが何故暖かいのか?」という事だった筈です。
　そして、既に回答No.3で

>アルミブランケットはアルミニウムのシートではありません。

と回答済みなのですから、

>アルミの持つ「高い熱伝導率」

は、本件とは何の関係もない話という事になりますから、質問者様が何故、

>アルミの持つ「高い熱伝導率」のほうも同時に問題視していただかないと私の疑問が解けません。

などと仰るのか意味が解りません。
　ですから、質問者様が何故、「アルミブランケットの話には関係のないアルミの熱伝導率の話などを持ち出しておられるのか」という事と、「何故、疑問が解けないと考えておられるのか」という事をちゃんと御説明願います。

お礼

No.3No.4ご回答ありがとうございます。ブランケットの材料に熱伝導率が高いはずのアルミがなぜが使われるのか？が質問の主旨でしたが、No.5の回答者様の１文で、ブランケットが暖かいのは、主に、熱伝導率の低い白い不織布を使用しているためで、アルミが赤外線を反射しようがどうだろうが　実はたいしたことないらしい、と読み取れました。
軽量、比較的かさばらないということは、防災用品として必要な要素です。
なら白いままの不織布で販売すればいいじゃん。コスパもよくなるしと思いましたが。アルミを付けることで赤外線云々の品質をうたえるし、汚れも付きにくくなるだろうし。防災にウールやアクリルの毛布は重い。ダウンや綿はかさばる。また、濡れないことも大事。だから防災用品としてのチョイスはやはりこのブランケットなのでしょう。ひんやりする金属が使われる当初の違和感も解決しました。いろいろ勉強になりました。ありがとうございました。

回答No.3

kagakusuki

（１）
　アルミブランケットはアルミニウムのシートではありません。
　ポリエステルやポリエチレンテレフタラート 、ポリエチレン等の何らかの合成樹脂製のフィルムないしは不織布にアルミニウムメッキを施したものです。(中には片面をアルミメッキ、その反対側の面を金メッキにしたものもあります)
　質問者様の仰る様にアルミニウムは入射した赤外線の大部分を反射します。
　入射した赤外線の大部分を反射するという事は、赤外線を吸収し難いという事です。
　物体が赤外線を吸収すると、赤外線が持っていたエネルギーは物体の持つ熱エネルギーに転換します。
　一方、物体が赤外線を放射して冷えたという事は、物体が持っていた熱エネルギーが赤外線のエネルギーに転換したという事を意味します。
　物体が赤外線を吸収する場合も、放射する場合も、どちらも赤外線のエネルギーと熱エネルギーの片方がもう一方に転換するという現象であり、どちらの現象も進む向きが反対になっているだけで同じ現象なのです。
　アルミニウムの様な赤外線を吸収し難いものは、赤外線のエネルギーがアルミニウムの熱エネルギーに転換し難いという事です。
　それはつまりアルミニウムの場合は、赤外線のエネルギーと熱エネルギーの間でエネルギーの転換が起こり難いという事を意味します。
　アルミニウムの表面では赤外線のエネルギーと熱エネルギーの間でエネルギーの転換が起こり難いという事は、アルミニウムが持っている熱エネルギーが赤外線のエネルギーに転換し難い、即ち、アルミニウムは熱エネルギーを赤外線の形では放出し難いという事を意味します。
　つまり、アルミメッキされたシートで身体を覆えば、赤外線の形で熱が逃げて行くのを減らす事が出来るという事になります。

　また、シートが直接触れていない部分では身体とシートとの間には空気の層があり、シート内部の空気の温度は体温によって暖められていて、シートの外の空気の温度よりも高くなっているため、身体が周囲の冷たい空気に直接触れている場合と比べて、シートで身体を覆っている場合の方が、身体から周囲の空気へと伝わる熱の量を減らす事も出来ます。

　アルミブランケットは、この2つの効果により身体から失われる熱の量を減らす事が出来るので暖かいのです。

（２）
　雲が赤外線を吸収すれば、当然の事ながら雲の温度が上昇します。
　雲の温度が上昇すれば、雲が放射する赤外線の量も増えます。
　宇宙の背景放射の温度は-270.4℃という極低温ですので、もし雲がなければ(太陽からの放射熱を別にすれば)宇宙から地表に向かって放射される赤外線は殆どありません。
　つまり、雲がない場合と比べて、ある場合の方が天空から地上に向かって降り注いで来る赤外線の量が増える分だけ気温が下がり難くなる訳です。

補足

回答ありがとうございます。アルミの持つ「高い熱伝導率」のほうも同時に問題視していただかないと私の疑問が解けません。
＞アルミニウムの表面では赤外線のエネルギーと熱エネルギーの間でエネルギーの転換が起こり難い。

理解できます。

「アルミ」と「ヒト（熱を持つ物体）」が接していてアルミがその高い熱伝導率ゆえに、「ヒト」の熱を奪っていくという問題。

熱のエネルギーが赤外線（光エネルギー）に変換したりされたりの形だけでなく、熱から熱へ（の伝導）の形。

例えば、家事をしてる方ならご存じでしょうが、アルミのボールに入れた冷凍肉と、プラスチックのボウルに入れた冷凍肉を室温に放置すると、　アルミのボウルに入れたほうのが早く解凍します。（ものの１０分で）　アルミの熱伝導率の高いゆえです。

回答No.2

noname#224207

（１）
>それにどうやら　「熱≠赤外線」なのらしい。
ご自身の質問の中に「熱を持った物体は赤外線を出す。物体は赤外線を出すと冷めてしまう。」と書かれています。
「熱を持った物体は赤外線を出す」ということで、「熱≠赤外線」なのらしい。ではなく熱≠赤外線だということです。

＞布団中を伝わった赤外線はアルミに反射される。熱はとどまり暖かい
布団の中を伝わっているのは、赤外線ではなく熱です。
熱で暖かくなった布団の表面から赤外線が出ているということです。
この出てきた赤外線をアルミが反射しているということです。
赤外線が当たると布団は熱をもって暖かくなります。
この温度が下がるのと上がるのとが同時に起きますので、結果として布団の温度が下がり難くなります。
熱がとどまったように感じられます。

アルミに当たった赤外線は反射するだけではなくアルミを温めます。
このアルミの熱が外の空気へ逃げていきます。
ご質問に「熱を持った物体」を直接アルミでくるんだら熱伝導率が高いゆえに熱が逃げてしまう。熱は失われる。
と書かれているのと同じことがアルミ自体で起きています。

（２）
＞アルミシートの時は「反射」といったが、雲の時は「吸収」だという。真逆ではないか。
真逆ではなく、雲では吸収も反射も同時に起きています。
布団とアルミとの関係と同じことが起きています。
アルミに赤外線を媒体として熱が外へ出ていきますが、雲の場合は雲を構成する水滴の温度が上がります。
雲を構成するのは多くの場合は氷滴です。
地表から出た赤外線は水滴の温度を上げることに使われて、宇宙へ向かって逃げていかないということです。
言い換えれば、雲に地表の熱が赤外線を媒体として蓄えられた状態になるということです。
空気は（１）の布団と同じ働きをしています。

エネルギーという概念があります。
この概念に従えば、熱もエネルギーであり赤外線もエネルギーだということです。
熱という形態のエネルギーが赤外線という形態のエネルギーになったり、逆に赤外線という形態のエネルギーが熱という形態のエネルギーに変わるのだとお考えください。
熱が伝わる場合は何か物体を必要としますが、赤外線は必要としません。
太陽が持つ熱が何もない真空の宇宙空間を通して地球を温めるのはこのことによります。
逆に赤外線は何か物体があると遮られてしまいます。
真夏に地面を掘ると地表よりも冷たいのはこのことによります。

地球上では空気という物体がありますので、空気という物体が熱を伝えます。
最近赤外線ストーブなどという暖房器具が市販されていますが、これは空気が伝える熱だけではなく、赤外線も積極的に使おうということです。

尚、あらゆる物体は赤外線を発していますが、温度が高いほど多くの赤外線を発します。
雲はそれ自体の温度が低いので余り赤外線を発していません。

拙い文章で分かり難かったかと思います。遠慮なく補足をお願いします。

補足

回答ありがとうございます。補足遅れました。アルミブランケットにアルミが使われていることになぜ？の疑問から質問させていただきました。
アルミの特性として熱伝導率が高いこと。（これは周知。）
そしてもう１つ、アルミは赤外線をほとんど反射する（らしい）。そうでなければブランケットに使用される意味がないようなので。
だから、

>アルミに当たった赤外線は反射するだけではなくアルミを温めます。
>このアルミの熱が外の空気へ逃げていきます。

というのはあまり考えなくてもいいのではと思いました。

>布団の中を伝わっているのは、赤外線ではなく熱です。
>熱で暖かくなった布団の表面から赤外線が出ているということです。

基本ですね。理解しました。赤外線は「熱」ではなく「光エネルギー」であり、真空を通過し、物体を「透過し」たり「吸収され」たり「反射」する。物体中に吸収された場合、赤外線は物体の分子運動にエネルギーを与え、熱が発生する。

赤外線は太陽が発する光を分類した中の　赤色光の外側の　ヒトの目には見えない光として　おなじみですが、太陽に限らず、室温以上の（常温以上の）すべての物体から　赤外線は出ている。
（話はそれますが常温以上のすべての物体から赤外線が発生しているのなら、別の相対的に温度の低い物体にその赤外線が当たり吸収されることでその物体はエネルギーを与えられて温まり、そのため赤外線が発され、別の相対的に温度の低い物体にその赤外線が当たり吸収されることで（くりかえし）・・・あらゆる場所においてエネルギーの反射、透過、吸収が常に起こっていて　その結果、その現場のその時その時の現実の気温が「常温」なんだということでよいですか？）

「熱≠赤外線らしい」としたのは、その時認識がおぼろげだったから。赤外線も光なのだから光速で走るんでしょうね。
だから、太陽光の赤外線は大気をさっさと光速で透過して、地表で反射または吸収され、地面がエネルギーを受け取って熱を持ち、その熱がゆっくりその上を漂う空気を温めていくんですね。

おかげさまで「赤外線」については知識がしっかりしてきたかなと思います。がアルミの高い熱伝導率の問題が残っています。
熱伝導率が高いということは　保温（あるいは保冷）にはならないということです。
もしかしてブランケットのアルミにくっついてる発泡スチロールの膜のようなものが断熱材的役割をはたしていて、熱が逃げないようになっているということでしょうか。
だとしたらアルミブランケットは白いほうを外側にむき出しにして、アルミの色のほうを内側にして、体を覆うのに使わなくてはいけないということですね。

回答No.1

雪中庵（@psytex）

第一に、空気の熱伝導率は低く、アルミの熱伝導率が
高くても、発熱体である体に接していない限り、熱伝導
による熱の放散は少なくなります。
そしてもう１つの熱の放散の形である放射熱については、
ご想像の通りです。
（さらにもう１つ、空気の対流がありますが、これは
アルミ箔と体の間の空気層が大きくなければ生じません。

雲の場合も、アルミ箔と同じです。
「吸収する」と言いますが、吸収した結果、温度が上がり、
また熱放射するので、反射と同じです。
雲がなければ赤外線は、宇宙空間まで直接放散してしまいます。