真空や何もない空間では、熱の移動は主に放射によって起こる。この熱伝導は電磁波の放射を伴うが、電磁波は媒体を必要とせず、真空中を伝わることができる。
説明
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真空中の主なモードとしての輻射：
- 熱の移動に媒体を必要とする伝導や対流とは異なり、輻射は物質がなくても発生する。これは、輻射が赤外線、可視光線、紫外線などの電磁波の放射を伴い、真空空間を伝搬することができるためである。
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放射線のメカニズム：
- 物体が熱せられると、熱放射という形で電磁波を放出する。この放射の強さは、表面の単位面積あたりに放射されるパワーが物体の絶対温度の4乗に比例するというステファン・ボルツマンの法則に支配されている。つまり、温度が上昇するにつれて、放射による熱伝達率は劇的に増加する。
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宇宙での例
- 真空中での放射による熱伝達の実例として、宇宙空間での太陽光の伝達がある。太陽は光と熱を電磁波の形で放出しており、電磁波は真空の宇宙空間を伝わり、吸収される際に地球を加熱する。
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産業への応用：
- 工業分野では、真空炉が加熱プロセスに放射線を利用している。これらの炉は真空中で作動するように設計されており、空気の存在下で起こりうる酸化やその他の有害反応を防止している。これらの炉の発熱体は、直接（低温炉）または間接的（高温炉）に、輻射を通してワークロードにエネルギーを伝達します。これらの炉における輻射による熱伝達の効率は温度に大きく依存し、温度が高いほど熱伝達の効率は高くなります。
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限界と強化：
- 輻射は真空環境では効果的ですが、低温での効率には限界があります。これに対処するため、一部の真空炉では低圧の不活性ガスを導入して対流加熱を取り入れ、600℃以下の温度での熱伝達を強化しています。
要約すると、真空中の熱伝導は電磁波の放射と伝搬を伴う輻射によって起こる。この熱伝導は、特に環境の純度や化学反応の防止が重要な、さまざまな科学的・工業的用途に不可欠です。
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