きんぞくの てすりと、木の ベンチ。同じ へやに ずっと おいて あれば、どちらも 同じ 温度に なって います。それでも、手を のせると きんぞくの ほうが つめたく 感じます。

わけは、手から ねつが にげる はやさに あると いわれます。きんぞくは、さわった ところから ねつを すばやく 運びます。木は ゆっくりです。だから きんぞくの ほうが、さわった とたんに 手から ねつが うつりやすく、「つめたい」と 感じやすいのです。

この ように、ものが 動かない まま、ねつだけが 温度の 高い ほうから ひくい ほうへ うつる ことを「でんどう」と いいます［2］。

きんぞくは ふつう ねつを とおしやすく、空気は とおしにくい ものです［3］。では、空気は ねつを どうやって 運ぶのでしょう。

金属を手でさわると冷たいのは、金属の温度が低いからではありません。手の熱が、金属の中へすばやく逃げていくからだと説明されます。熱を通しやすい物ほど、手と触れた直後に皮膚から熱が移りやすく、冷たく感じられます。

物質そのものは動かず、熱だけが高い温度の部分から低い部分へ移る現象を、熱伝導といいます［2］。熱の伝わりやすさを表す量は熱伝導率で、金属は一般に大きく、空気は常温・常圧でごく小さい値です［3］。

手が感じているのは、物の温度そのものというより、自分の皮膚から熱が逃げていく速さだ、と考えると、金属と木のちがいが分かります。

では、熱を通しにくい空気でいっぱいの部屋では、熱はどう運ばれるのでしょうか。

熱伝導は、物質そのものが移動せず、熱だけが高温部から低温部へ移る現象である［2］。金属が冷たく感じられるのは、金属内部へ熱がすばやく逃げ、接した皮膚の温度が下がるためと説明される。手で感じる冷たさは、物体の温度そのものではなく、手から熱が移って皮膚温が変わる速さに関係すると考えられる。

金属で熱がよく伝わるのは、主に伝導電子（自由電子）が熱を運ぶからである。常温では、電子による熱伝導が格子振動（原子の振動）によるものよりはるかに大きい［2］。一方、木や空気では電子ではなく、原子や分子の振動のやりとりが中心になる。

熱の通しやすさは熱伝導率で表され、SI単位はW/(m·K)である。化学辞典の値（約0.092 kJ/(m·h·℃)）を換算すると、常温・常圧の空気は約0.026 W/(m·K)になる（0.092×1000÷3600≒0.0256）［3］。金属は一般にこれよりはるかに大きい。ただし、木や金属の具体的な数値は資料や条件で変わるため、ここでは桁のちがいがあるという目安にとどめる。

空気は熱を通しにくい。それなのに、暖房をつけた部屋はなぜ上のほうだけ先に温まるのか。次は、熱を「運ぶ」伝わり方を見る。

だんぼうを 長く つけて いるのに、頭の ほうばかり あたたかくて、足もとは ひんやり する。そんな ことは ありませんか。

これは、あたためられた 空気が 上へ のぼる ためです。あたたまった 空気は ふくらんで かるく なり、上へ 動きます。すると、まわりの つめたい 空気が その あとへ 流れこみます［4］。

この ように、空気や 水のように 流れる ものが、動きながら ねつを 運ぶ ことを「対流」と いいます［1］。ねつを 運ぶのは、動く 空気そのものです。

だから だんぼうの へやでは、上の ほうに あたたかい 空気が たまりやすく、足もとには つめたい 空気が のこりやすいのです［1］。

空気は熱を通しにくいのに、暖房をつけると部屋が温まります。それは、空気が動いて熱を運んでいるからです。

温まった空気は、軽くなって上へ昇る

熱せられた気体や液体は、膨張して軽くなり、上のほうへ移ります。すると、周囲の冷たい流体がその場所へ流れ込みます。これが繰り返される現象を、対流といいます［4］。

暖房を長時間つけているのに、部屋の上のほうばかりが温まり、足元が冷えるのは、この空気の対流が原因だと説明されています［1］。

伝導と、運ぶ方法がちがう

伝導では、物質は動かず、熱だけが隣へ渡されます。対流では、温まった空気や水そのものが動いて、熱を運びます［1］。部屋の床が冷えるときは、暖房のつけ方だけでなく、空気がどう動くかも関わっています。

対流は、熱せられた流体が上方へ移動し、周囲の低温の流体が流れ込むことを繰り返す現象である［4］。原因は密度差で、温まって膨張し軽くなった部分が上昇する。化学辞典は、密度差によって流体の流れが起こるものを対流（自然対流）と呼ぶ［4］。

暖房を長時間つけていても部屋の上部ばかりが温まり、足元が冷えるのは、空気の対流が原因だと説明される［1］。空気そのものは熱伝導率が小さいため、熱を運ぶ主役は空気の「動き」であり、静止した空気を伝わる量は小さい。

注意したいのは、対流が起こるには、動ける流体（気体か液体）が必要だという点だ。同じ「熱を運ぶ」でも、伝導は物質が動かず熱だけが移り、対流は温まった物質ごと動いて熱を運ぶ。この区別が、あとの放射との比較でも土台になる。

すると、伝導にも対流にも物質が要る。物質がほとんどない宇宙空間を越えて、太陽の熱が地球に届くのはなぜか。

太陽から 地球までは、およそ 1おく5000万キロメートル。その 間には、空気も 水も ほとんど ありません。つまり、でんどうも 対流も おこせません。

それでも、日なたに 立つと 太陽の ねつを 感じます。ねつは、光の なかまの「でんじは」と いう 波に のって やって くるからです。この つたわり方を、「ほうしゃ」と いいます［1］。

ほうしゃは、2つの 物の 間に なにも なくても ねつを 運べます［5］。光は 1秒に やく 30万キロメートル 進みます。1おく5000万キロメートルを その はやさで 進むと、やく 500びょう、つまり 8分20秒ほど かかる 計算です［9］。

ほうしゃを 出すのは、太陽だけでは ありません。人の 体も、氷も、温度に 合った 赤外線を 出して いると いわれます［6］。

伝導にも対流にも、熱を受け渡す物質が必要です。ところが、太陽と地球の間はほとんど真空です。間に物質がなくても、太陽の熱は届きます。

放射は、何もない場所でも熱を運ぶ

熱放射は、熱を運ぶために2つの物体の間に他の媒体を必要としません［5］。熱は、赤外線などの電磁波として運ばれます［1］。太陽の熱が地球に届くのも、この電磁波のおかげです［1］。

8分20秒を、計算してみる

太陽と地球の距離はおよそ1億5000万km、光の速さは毎秒約30万kmです［9］。1億5000万÷30万を計算すると500秒で、約8分20秒になります。ただしこの数字は、太陽の表面から地球までの時間です。

放射は太陽だけの話ではありません。人体や氷を含め、あらゆる物体が、表面の温度に応じた赤外線を出しているといわれます［6］。

では、目に見えない熱の光は、誰がどうやって見つけたのでしょうか。

熱放射は、熱を運ぶのに2物体の間に他の媒体を必要としない点が特徴で、放射のスペクトル分布とエネルギーは、物質の種類と温度で決まる［5］。太陽と地球の間が真空であっても熱が届くのは、熱が赤外線などの電磁波として運ばれるためである［1］。

この距離を検算すると、太陽から地球までは約1億5000万km、光の速さは毎秒約30万kmなので、1億5000万÷30万＝500秒、つまり約8分20秒かかる［9］。この値は太陽の表面から地球までの時間で、太陽の中心から表面まで熱が出てくる過程は別の話である。

さらに、放射は高温の物体だけが出すものではない。人体や氷を含む物体は、温度と表面の状態に応じた赤外線を放射しており、理想的な黒体の放射エネルギーは絶対温度の4乗に比例する（ステファン・ボルツマンの法則）と説明される［6］。ただしこの説明は解説資料の要約にもとづく。

見えない電磁波が熱を運ぶという発想は、いつ、どのように確かめられたのか。

1800年、ウィリアム・ハーシェルという 人が、太陽の 光を プリズムに とおしました。プリズムは、光を 赤や 青など 色ごとに わける ガラスです。

ハーシェルは、色ごとに 温度を はかりました。黒く ぬった 温度計を つかって、青から 赤へ いく ほど 温度が 上がる ことを 見つけました［7］。

おどろくのは、そのあとです。赤い 光の さらに 外がわ、目には 何も 見えない ところに 温度計を おくと、温度は もっと 高く なりました。「赤の 外に、目に 見えない 光が ある」。ハーシェルは、そう 考えました［7］。

この じっけんは、いまの「赤外線」の はっけんに つながりました。たまたま 見つけたのでは なく、いくつも 温度を はかって たしかめた じっけんでした。

1800年、ウィリアム・ハーシェルは、太陽の光をプリズムで色ごとに分けて、各色の温度を測りました。温度計には、黒く塗ったものを使いました［7］。

赤の外側で、温度はさらに高かった

測ってみると、青から赤へ向かって温度が上がっていきました。そこでハーシェルは、赤い光の外側、目には何も見えない場所にも温度計を置きました。すると、そこの温度はさらに高かったのです［7］。

ハーシェルは、赤色の外側に、人の目には見えない別の種類の光があるはずだと考えました［7］。この実験は、赤外線の発見につながりました。

偶然ではなく、測って確かめた

赤い光の外側に置いた温度計も、さらに高い温度を示しました。ハーシェルは、色ごと・場所ごとに測って比べ、この見えない光を見つけました。1800年の論文は、「太陽の見えない光線の屈折性についての実験」という題で発表されました［8］。

この実験で、「見えない光」が熱を運ぶという考えが、温度計の目盛りで示されたことになります。

1800年、ウィリアム・ハーシェルは太陽光をプリズムで分け、黒く塗った温度計で各色の温度を測定した。温度は可視スペクトルの青から赤へ向かって上昇し、さらに赤の外側（目に見える光のない場所）では、より高い値が得られた［7］。そこから彼は、赤の向こうに人間の目には見えない別種の光があると結論した［7］。この実験は、赤外線の発見につながった。

この実験は、偶然の発見ではなく、場所を変えて温度を測る系統的な測定だった。論文は『太陽の見えない光線の屈折性についての実験』（Philosophical Transactions 90, 284–292）で、可視スペクトルの赤端の外に置いた温度計の上昇を検出して示された［8］。

この結果は、「見えない光」が熱を運ぶという、放射の考え方につながる。伝導・対流が物質を介する伝わり方であるのに対し、放射は電磁波の形で、物質のない空間も越える。ここで、熱の3つの伝わり方の違いが、一つの実験から見えてくる。

ここまでの 3つは、わたしたちの 体や、くらしの 道具でも はたらいて います。

体からは、ほうしゃ・でんどう・対流、それに あせの じょうはつで、ねつが にげます［10］。気温が 体温より ひくい ときは、おもに ねつを まわりへ 出して ひえます。気温が 体温に 近づくと、おもに あせが じょうはつして ひえます［10］。しつ度が 高いと あせが かわきにくく、ひえにくく なります［10］。

まほうびんは、反対に ねつを にがさない 道具です。ガラスの 2重の 入れものの 間を 真空に して、内がわに 銀を ぬり、でんどう・ほうしゃ・対流を ふせぎます［11］。

つまり、3つの つたわり方を 知ると、「にがす」ことも「ふせぐ」ことも できるのです。

体から熱が逃げる4つの道

人の体からは、放射・伝導・対流・蒸発の4つの経路で熱が逃げます［10］。体温より気温が低いときは、主に放熱で体が冷えます。気温が体温に近づくと、主に発汗で冷やします［10］。

湿度が高いと汗が蒸発しにくく、冷却が妨げられます［10］。夏の蒸し暑い日に、同じ気温でも体が熱く感じやすいのは、そのためだと考えられます。

魔法びんは、3つの道を全部ふさぐ

魔法びんは、内側と外側の二重のガラス容器の間を真空にし、内壁に銀めっきをして、熱の伝導・放射・対流を防ぐ構造です［11］。間が真空なら、伝導も対流も起こりにくくなり、銀めっきの面は放射をはね返します。

3つの伝わり方を知ると、魔法びんの構造が、3つの道をそれぞれふさぐための工夫として見えてきます。

人体からの熱の放散には、放射・伝導・対流・蒸発が関わる。体温より気温が低い間は、主に放射などによる放熱で冷え、気温が体温に近づくと、主に発汗（蒸発）で冷える。湿度が高いと汗が蒸発しにくく、冷却が妨げられる［10］。経路別の割合は資料によって数字が異なり、ここでは示さない。

魔法瓶は、3つの伝わり方をすべて抑える構造の道具である。内外2層のガラス容器の間を真空にして伝導と対流を抑え、内壁の銀めっきで放射を防ぐ［11］。発明者は英国のデュワーとされるが、発明年は1892年とする辞典と1893年とする辞典に分かれる［11］。

体では熱を「逃がす」ことが、魔法瓶では熱を「ふさぐ」ことが目的になる。同じ3つの伝わり方が、目的によって逆向きに使われている点が興味深い。

おうちの 人と いっしょに、つぎの 3つを ためして みましょう。

1つ目は、金ぞくの スプーンと 木の スプーンを 同じ へやに しばらく おいて、ほおに 当てる ことです。同じ 温度でも、どちらが つめたく 感じるかを くらべます。

2つ目は、日なたと 日かげで、手を かざす ことです。太陽を 直せつ 見ては いけません。日なたの ほうが あたたかく 感じるのは、ほうしゃの おかげです。

3つ目は、だんぼうを つけた へやで、高い ところと ひくい ところに 手を かざす ことです。だんぼうに 近づきすぎないように します。

いつも 何げなく 感じて いる ねつの 道を、見つけられたでしょうか。

家にあるもので、3つの伝わり方を見つけてみましょう。

金属のスプーンと木のスプーンを、同じ部屋にしばらく置いて、頬に当てて比べます。同じ温度でも、金属のほうが冷たく感じるのは、伝導で熱が逃げる速さがちがうからだと考えられます。

日なたと日かげで、手のひらをかざしてみます。日なたの手が温かいのは、放射で熱が届くからです。太陽を直接見ることは絶対にしないでください。

暖房をつけた部屋で、手を高い位置と低い位置にかざして比べます。暖房の機器に近づきすぎないようにします。もし上のほうが暖かければ、対流のしるしだと考えられます。

まずは日本語の辞典で「熱伝導」「対流」「熱放射」を引くと、今回の3つを自分の言葉で言い直せるでしょう。

家の中で確かめるには、金属と木のスプーンを同じ部屋に置いて頬に当てる（伝導）、日なたと日かげで手をかざす（放射。太陽は直接見ない）、暖房をつけた部屋で高さを変えて手をかざす（対流。機器には近づきすぎない）、の3つが使える。いずれも定量的な測定ではなく、感覚による比較にとどまる。

3つの定義は、日本語の辞典で比べられる［2］［4］［5］。次の問いとしては、赤外線をどう測定して身近な機器（赤外線を使うセンサなど）に利用するのかが挙げられる。