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2020.07.25
熱の移動と水分子を考える その②『コーヒーカップと熱伝導1』
顧問の坪内です。
いつも池本工務店の事業にご支援ご協力いただきまして、ありがとうございます。
前回は『宇宙の学校』で「ポンポン船」を作って『熱で水蒸気』を発生させ動力に使ったお話をしました。
今回からは熱の伝わり方と住まいについてお話ししたいと思います。
熱の伝わり方は『伝導・対流・輻射（放射）』と言われています。
また熱は高いところから低いところに移動する性質があるとは、小学校の時に習ったような気がします。
そうです、熱を伝える3つの形態（状態）は主に熱伝導、熱対流、熱放射の3種類があります。
どんな形態でも熱は必ず高温側から低温側に移動します。
コーヒードリップ コーヒーマシーン
毎朝、出勤すると「謎の事務員」『金田マチャミ』ちゃんが美味しいコーヒーを淹れてくれます。
わが社では現在、贅沢にもコーヒーを4種類飲むことが出来ます。
温かいのはマチャミちゃんがコーヒードリップで淹れてくれる「ホット」と呼ばれるもの、
通称「ガーッ」と呼ばれる自動コーヒーマシーンのもの、
冷たいものは大型ペットボトルから氷を入れた物と、
缶コーヒー（コロナ禍の影響でお客様用）です。
余談ですが、私がコーヒーを飲み出したのはここ10数年ほどで、若い頃は紅茶党でした。
50数年前の学生時代、喫茶店で友達が『ホット』を飲んで何時間も粘る時にも私は紅茶を飲んでいました。
さて、マチャミちゃんの淹れてくれたコーヒーを赤外線サーモカメラで撮影してみましょう。
カップの中には温かいコーヒーが入っています。
美しいモデルさんの手は29.9℃
室内環境は梅雨の最中で朝から雨
室内温度 27.8℃
室内湿度 67.3％
室内体感温度 29.5℃
露天温度 20.6℃
コーヒーの中身 67.7℃（熱いコーヒーを入れた後コーヒーカップの中では対流が発生しています）
コーヒーカップ 64.1℃（熱伝導でコーヒーの熱がコーヒーカップに伝わっています）
カップの取手 39.2℃（熱伝導でコーヒーカップの熱がコップの取手に伝わっています）
金属メッキスプーン 29.9℃（熱伝導でコーヒーの熱が金属メッキスプーンに伝わっています）
テーブル 26.8℃（熱伝導でコーヒーカップからテーブルに伝わっています。
更に全体の温度は室内温度、本箱、書籍、窓等熱放射＋エアコンの影響を受けながら決まっています）
マチャミの手 29.9℃（愛情深い気持ちと血流はあまり関係ありませんが）
熱伝導
固体または流体内部で熱が伝わることを言います。
これは固体あるいは流体中を物質の移動を伴わずに、熱エネルギーが高温部から低温部へ移動する現象のことです。
（ただこの部屋の場合、周囲の空気や他の物質の影響で等しくはなりません）
これは一つの物質内の場合のみでなく、接触した異なる固体間であっても、物質の移動を伴わずに熱が伝わる現象のことです。
ここではコーヒーカップの取手やそれを掴んでいる指、コーヒーカップを置いているテーブルの周囲が温まるのがこれにあたります。
熱対流
気体や液体（流体）か暖められて温度差による浮力で移動、循環し熱が伝えられる現象です。流体中に温度差があると，それに対応した密度差が形成されます。
すなわち液体や気体の一部の温度が上昇すると密度が小さく軽くなるために浮力が生じて流動が発生し、流体内で上昇します。
周囲の流体がそこに流れ込むため循環が生じ、時間の経過と共に温度が上昇します。
この対流で流体全体が暖められるのです。
また、冷気により空気が冷やされ下降する現象はコールドドラフト現象と呼ばれ、冷たい空気が逆に下がることを言います。
熱放射
熱放射物体表面から放出される電磁波による熱移動現象を放射といいます。
熱い物体と冷たい物体の間に遮る物体がない場合、熱は物体と物体の間の空間を、電磁波（熱線）によって伝わります。
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。
これらの性質を応用して物体の表面温度を測る機器が今回使用している赤外線サーモカメラです。
物体の表面温度の違いから発生する電磁波を受け止めて、温度に変換して表面温度として表示するのです。
上記に作成した表は、私が通常赤外線サーモカメラで撮影したデータとして報告書に添付する書式です。
この表を説明すると少し長くなるので次回に説明します。
少し面白くなりましたか？
全然面白くない（悲）
こんな感じで、振り向いたら誰もいない仕事や書類を作成してきました。（笑）
来週はこの表を少し説明したいと思います。
お付き合いをよろしくお願いします。
ありがとうございました。