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機械設計エンジニアの基礎知識 | 設計・3DCAD・製図・金型等

熱伝導と熱伝達と熱放射(輻射)

熱の伝わり方には次の3つの種類が存在します。

 

・熱伝導
・熱伝達(対流)
・熱放射(輻射)

 

これらの違いについて説明します。

 

熱伝導

 

熱伝導は、固体または流体内部に熱が伝わることを言います。

 

例えば、金属の棒の片方を加熱すると、金属内部を伝って熱が移動します。このように物質内部において高温から低温へ熱が移動することを 「熱伝導」 といいます。

 

 

また、熱伝導は異なる物質間でも可能です。異なる温度を持つ物体が接触することで接触部を介して熱は高い方から低い方へ移動します。

 

 

温度差があるほど熱の移動速度は早まります。

 

 

熱伝達(対流)

 

熱伝達(対流)は、「伝える」ことであり、「加熱された固体」と「流れる液体」との間で 「熱をやり取りする」 ことを意味します。

 

例えば、自動車のラジエターです。
自動車のラジエターは、エンジンの熱を冷却水に伝えてエンジンで発生する熱を下げる「熱伝達」を利用したものです。

 

 

熱伝達は表面間で熱が移動するため、接触する面積を大きくすることで熱の移動速度が上がります。

 

例えば、バイクのエンジンに刻まれたフィンは、外気との接触面を大きくして冷えやすいように工夫された形状です。

 

 

そして、この部分に風を当てるとさらに冷えやすくなります。そして、風の温度が低いとさらに冷えやすくなるのは言うまでもありません。

 

以上のことより、熱の移動速度は、

 

・物体の表面積
・流体の速度
・温度差

 

に比例することがわかります。これを「ニュートンの冷却の法則」といいます。

 

 

熱放射(輻射)

 

熱は離れた場所にあっても伝わることができます。例えば、太陽の熱は地球に伝わってきます。
理由は、物体が電磁波を放射しているためです。

 

電磁波は熱ではありません。しかし、空間を伝って伝達先の物体に当たると、電磁波の振動エネルギーにより伝達先の物体の分子が振動して熱を発します。これを熱放射(輻射)といいます。

 

この仕組を利用した身近なものが電子レンジです。食品が電磁波を受けることで、食品の分子が振動して温まります。

 

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