熱の伝わり方には3種類ある～危険物取扱者になるための必要な知識～

1．熱移動の3形態

熱の伝わり方を、「熱移動」とも言います。
熱移動は、大まかにわけると3種類です。
「伝導」「対流」「放射」になります。それぞれ、どのような特徴があるのか詳しく説明しましょう。
危険物取扱者試験にも必ず出てくるので、要チェックですよ。

1-1．熱している部分から熱が広がる「伝導」

直接熱したところから、徐々に熱が広がっていくことを「伝導」と言います。
熱している部分に近づくほど、高温になるのです。料理するときを思い出してみてください。
ヤカンを火にかけたとします。直接火が当たっているヤカンの底は高温ですが、ヤカンの持ち手はまったく熱くありませんよね。
熱している部分から離れているので、まだ熱が伝わっていないのです。
熱は、基本的に温度が高いところから低いところへと伝わります。
また、固体→液体→気体の順に熱が伝わりやすいのです。
熱が伝わりやすい物質は「金属」だと言われています。銀が最も熱が伝わりやすく、鉄が金属の中では伝わりにくいです。
伝わりやすいものを「良伝導」と言いますが、逆に、伝わりにくいものは「不良伝導」と呼んでいます。
不良伝導になるものは、木やプラスチック、水などです。

1-2．空気や液体の移動による「対流」

伝導熱の1つである「対流」は、空気や液体の温度変化による移動です。
水を温めると、軽くなります。そして、温まった水は上へと流れていくでしょう。
上にあった冷たい水は、交代するように下へ流れていきます。
このような移動が、「対流」なのです。
繰り返し移動することで、水全体が温まる仕組みになっています。
たとえば、お風呂が代表的な例ですよね。
お風呂には湯沸かし機能がついているタイプもあります。
湯沸かし機能は、冷めてしまったお湯を再び温める機能です。冷めてしまった水が温まり、移動しながら元の温かいお湯になるでしょう。
ヤカンに入っている水やエアコンも、対流を利用しています。

1-3．電磁波によって物体の間を移動する「放射熱」

放射熱は、熱が電磁波によって伝わります。
物体から物体へ、電磁波をとおして伝わるのです。
そのため、空気がまったくない真空状態でも熱が移動します。
放射熱の性質は、空気・水のような透明な物体を通りぬけることです。
物体に熱が当たらなければ、伝わりません。物体に熱が当たると、反射または吸収します。
反射する物体は、ほとんどが金属や熱です。
逆に、反射しない物体もあります。
色が濃い物体に当たると反射することなく、熱を吸収するのです。
よく、黒い洋服を着ていると太陽の熱で熱くなると言いますよね。
黒色は太陽からの熱を吸収する特徴を持っているからなのです。
電磁波によって熱が移動することもあると、知っておいてくださいね。

2．熱伝導率とは

2-1．熱の伝わりやすさを示す値

熱伝導と深いかかわりを持っているのが、「熱伝導率」です。
熱伝導率は、熱の伝わりやすさを示している値になります。
熱伝導率の値は、W／m・Kと言う表記になるでしょう。
熱伝導率は、固体＞液体＞気体の順で小さくなっていきます。
固体であればあるほど、熱が伝わりやすいのです。
特に、金属は最も熱伝導率が高いと言われています。
なぜなら、分子同士の衝突はもちろん、金属の中にある自由電子もお互いに衝突するからです。
衝突が大きいほど、熱伝導率が高くなることを知っておきましょう。
熱伝導率は、物質や温度によって異なります。

2-2．熱伝導率に関係する物理量

熱伝導率は、自分たちで計算できます。
簡単な計算式を説明すると、[物体の厚さ(m)×電熱量(W) ]÷[熱伝導する面積(㎡)×温度差(℃)]です。
計算式を知っておけば、熱伝導率が導き出せるでしょう。ぜひ、頭の中に入れておいてくださいね。
また、熱伝導率に関係する物理量も説明しておきます。
熱伝導率の間逆になるのが、熱低効率です。熱低効率は、熱が伝わりにくい値を示しています。
熱拡散率は、熱エネルギーの拡散係数です。
熱拡散係数は、熱拡散によって生じる濃度勾配の大きさを表しています。
そして、熱伝達係数は、物質間における熱の伝わりやすさを係数として表しているのです。
このように、物理量はさまざまあります。
物質によっても熱伝導率が異なるため、把握しておきましょう。

3．普段使っているものの熱移動

3-1．普段使用しているものの熱移動

私たちが普段から使っているものも、熱移動をしています。
熱を使うところでは、必ず熱移動が起きているものです。
たとえば、氷枕・湯たんぽ・ドライヤーなどは「伝導」によって熱が移動しています。
熱を発しているところから徐々に温かくなってくるのです。
ヤカンでお湯を沸かす、エアコン、お風呂などは、「対流」によって熱が移動しています。
そして、たき火やストーブ、太陽熱、電子レンジなどは、「放射」によって移動しているのです。
電磁波をとおして熱が移動する「放射」は、ほかと多少異なります。
電子レンジは、電磁波によって動く家電製品です。
また、最近導入している家庭が多い「太陽光」も、熱移動である「放射」を利用しています。
上手に活用すれば、自然エネルギーとなり、私たちの生活に潤いを与えてくれるでしょう。

3-2．「遮断」と「断熱」について

熱伝導とかかわりのある「遮断」と「断熱」について説明します。
熱伝導は、熱の伝わり方を表していますが、遮断と断熱は熱伝導を防ぐのです。
遮断は、放射による熱を反射しています。反射することで、熱の吸収を抑制できるのです。
そして、熱が当たる物質の温度上昇を防ぎます。
断熱は、完璧に熱伝導を防ぐことです。
熱を伝わりにくくするシートや材料を使うことで、伝導を防止します。
遮断や断熱は、よく住宅建築で使っているでしょう。
外壁と内壁の間に断熱材を導入することで、熱の伝導を防ぐのです。
熱伝導率について知識を深めたい人は、遮断と断熱についての知識も身につけておくと良いでしょう。

4．まとめ

熱移動の3形態や熱伝導率、普段使っているものの熱移動について説明しましたが、いかがでしたでしょうか。
熱の伝わり方における3形態は、必ず知っておかなければなりません。
3形態を把握しておくと、危険物を取り扱うときの注意点もわかります。
危険物は、熱が伝わると大事故につながる可能性もあるので要注意です。
正しい知識を身につけるためにも、きちんとチェックしておきましょう。

• 熱している部分から熱が広がる「伝導」
• 空気や液体の移動による「対流」
• 電磁波によって物体の間を移動する「放射熱」
• 熱伝導率は熱の伝わりやすさを示す値
• 熱伝導率に関係する物理量
• 普段使用しているものにも熱移動が起こっている
• 「遮断」と「断熱」それぞれの特徴

以上のポイントは、ぜひ知っておいてほしい内容です。
どのように熱が伝わるのか、それぞれの特徴を把握しつつも、危険物の取り扱い方をマスターしてくださいね。