アルミニウムの性質について

Question

外部から熱を加えた場合（バーナーなど）、アルミは鉄よりも先に熱くなると思います。これは「アルミニウムのお話」という本から、「鉄より比熱の大きなアルミが先に熱くなるのは、アルミの熱拡散率が鉄の4倍も大きいため」と記載もあるので間違いないと思われます（たぶん同じ体積での比較論だとおもうのですが。もしかして同じ重量での比較論なのかも。。）

ここで質問なのですが、アルミは鉄より放射率が低いと思います。よって、外部から熱を加えた場合、アルミは熱を反射しやすいので、むしろ鉄より熱くなりにくいと考えてしまうのですが、いかがでしょうか？（放射率+反射率＝1より）
また、アルミと熱が同じ熱を持った場合、放射率の小さなアルミの方が、熱を放射しにくいので、鉄より長い時間、高い温度を保つのでは？
と考えていますが間違っていますでしょうか？

ご教授いただけると助かります！

Accepted Answer

参考URLに金属材料の熱に関連する物性値があります。
比熱は質量あたりの値で定義されていて、
　　アルミは900J/kg℃　炭素鋼(0.5C以下)は461J/kg℃です。
密度（比重）を考慮して、10cm立方（0.001m3）の体積あたりに換算すると
　　アルミは2430J/℃　炭素鋼(0.5C以下)は3610J/℃です。
この値をみると、同じ体積の鉄とアルミを比べたとき、アルミの方が１℃
温度を上昇させるためのエネルギーが小さいので、鉄に比べて温度が上がり
やすく、下がりやすいと言えるでしょう。（鉄の約1.5倍温度が変わりやすい）

前記の物性値とは別に、外部から熱を加えた場合に加熱しやすいか否かについて、

雰囲気（気体）と物体（固体）が熱交換を行うとき、熱の伝わり方には、
「対流」と「放射」の２種類があります。「対流」は雰囲気と物体が直接
熱交換することに基づいており、「放射」は赤外線加熱のように物体から
離れたところからの熱伝達のメカニズムです。

放射に関しては、お問い合わせのとおり、放射率が低い（＝反射率が高い）
方が熱伝達が悪いので、温度が上がりにくいと結論づけていいと思います。
一方で、対流による熱伝達には、放射率は関係ありませんから、アルミの
方が温度が上がりにくいということはありません。

温度が上がりやすいか否かは、赤外線ランプのような放射が主体の加熱方法
か、ガス炎の中で炙るような対流による加熱かによって結果が分かれること
になります。

放熱を考える場合は、加熱と同様に、雰囲気温度（対流に対する温度）と、
物体を取り囲む周囲の遠方の温度（放射に対応する温度）を考慮するのが
正しい考え方です。しかしながら、雰囲気温度と遠方の温度は加熱を考える
時ほど異ならないのが普通なので、両者を区別して考える習慣はあまり無い
ようです。とはいうものの、冬の晴天の夜間に、曇天よりも温度が下がるこ
とを「放射冷却」という言葉があるのはご存じでしょう。この現象は、
周囲の雰囲気よりも、放射に関与する遠方の温度が雰囲気よりもずっと低い
ときに生じる現象なのです。

温度が上がりやすいか下がりやすいかを議論する前に、熱がどれだけ伝わり
易いかということを検討しましょう。

気体（流体）と固体の熱の伝わりやすさを示す量として、熱伝達係数（率）
という概念があります。気体（流体）と固体の熱伝達は、放射によるものと
対流によるものに分けて考えます。

常温付近において、自然対流（気体の動きが遅い）の状態では、放射と対流
の寄与はおよそ50/50です。

気体の動きが速い場合、例えばファンで空気を吹き付けるような場合は、
放射による熱伝達は変化無く、対流による熱伝達が大幅に増えるので、
対流による熱伝達が支配的になります。

一方で、熱処理のために鋼材を炉中で加熱するような場合、
対流による熱伝達は常温付近と大きな違いが無いにも関わらず、放射による
熱伝達は常温付近の値の30倍にも増大します。（鋼材800℃,炉壁1000℃で試
算）このような条件では、放射による熱伝達が支配的です。

熱伝達は線形（単純な比例関係）ではないので、条件によって対流と放射の
寄与する率が大きく変わります。

Answer

伝導と放射をぐちゃぐちゃにしてるからわからないんだと

炎　炎　炎　　　　　空気　　　　　空気
ガスバーナー　炎　炎　アルミ＜伝導＞アルミ＜伝導＞アルミ　
　　　　　　　　　炎　炎　炎　　　　　空気　　　　　空気

↑
伝導　高温に熱せられた　ガス　により　アルミが熱せらる
アルミ　内　を　伝導して　アルミ全体を　熱する
炎に触れていない　場所は　空気に熱が伝導して　熱を奪っていく

これ伝導

空気による伝導（地球上）
　　　　　　　　　　　　　　空気　　　　　空気　　　　　空気
ガスバーナ　炎　空気（熱）アルミ＜伝導＞アルミ＜伝導＞アルミ　
　　　　　　　　　　　　　　空気　　　　　空気　　　　　空気

炎から近いと
炎によって熱せられた　空気の熱が　アルミに伝導して　　アルミ全体を暖める

放射
　　　　　　　　　　　　空気　　　　　空気　　　　　空気
ガスバーナ　炎　空気　アルミ＜伝導＞アルミ＜伝導＞アルミ　空気
　　　　　　　　　　　　空気　　　　　空気　　　　　空気

炎から遠いと
炎から出た光（電磁波）　が　アルミにぶつかり　（一部反射）熱を発する
↑
>>アルミは熱を反射しやすいので、むしろ鉄より熱くなりにくいと考えてしまうのですが
これのこと　ただし完全ではない

アルミ内に暖められた熱は　空気によって奪われていくので
>>鉄より長い時間、高い温度を保つのでは？　
↑
これは間違い

真空（宇宙空間）
　　　　　　　　　　　　宇宙　　　　　宇宙　　　　　宇宙
　　　　　　　　　　　　真空　　　　　真空　　　　　真空
ガスバーナ　炎　真空　アルミ＜伝導＞アルミ＜伝導＞アルミ　真空　宇宙
　　　　　　　　　　　　真空　　　　　真空　　　　　真空
　　　　　　　　　　　　宇宙　　　　　宇宙　　　　　宇宙

炎から遠いと
炎から出た光（電磁波）　が　アルミにぶつかり　（一部反射）熱を発する
暖める　＝　アルミから　電磁波　発生
無限に広がる大宇宙に向かって　電磁は放射

このとき放射能力の高い　鉄のほうが早く冷える　はず

対流は説明していない

熱伝導と対流と放射http://www.iae.or.jp/energyinfo/energydata/data7055.html

中　テーブルの上や　なんかで固定してしまうと　それに熱が伝導してしまうので
注意が必要

よくよく考えると

放射して温度が下がるのではなく
温度が下がるので放射が収まる　ので

鉄のほうが早く冷える　は　×
アルミのほうがどうやっても早く冷える　○

熱　振動　いろいろ調べてください

ここで説明すると　長文どころの騒ぎではない
果ては宇宙から核反応、オームの法則、量子まですべてかかわるので

Answer

他の方の意見も含め整理してみます。アルミと鉄を比べたとき、アルミの方が
(1)同体積の温度が上昇し易い(約1.5倍）
(2)熱が伝わり易い(熱伝導率が約3倍）
(3)放射率が高い(表面性状により相当変わりますが、通常の機械加工面で
　 アルミ表面は酸化膜があるとして、アルミは鉄の約3倍）

加工後の光沢面で比較すると放射率は鉄＞アルミですが、アルミ表面は酸化
しやすく結果としてこの値は逆転してしまいます。熱の伝導性は(2)の要素が
大きいですが、いずれの場合もアルミの方が高いと言えそうです。

Answer

放射率や反射率に付いて良くわかりませんが、色々な物の放熱に何故アルミが多く使われているかを見れば、放熱するのはアルミの方がいいからではないでしょうか、勿論加工性の良さもあるとは思いますが、車のエンジンの中にも外側をアルミにしている物もあります。軽いだけでは無く熱の伝導性の良さも有ると思います。

Answer

伝導　を　すっぽり忘れてる
アルミがえた熱は　空気や　何やらに　伝導して逃げていきます

放射　より　伝導のほうが　早いので
アルミのほうが　早く冷える

宇宙空間のばあい　伝導しようがないのでがないので
鉄のほうが早いはず

熱放射
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E6%94%BE%E5%B0%84

熱伝導
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E4%BC%9D%E5%B0%8E

アルミニウムの性質について