危険物乙四 基礎的な物理学及び基礎的な化学 問81｜熱の移動形態の識別・火災現場での延焼経路

熱放射（輻射）に当たるのはアです。焚き火から離れていても体が暖かいのは、火からの赤外線（電磁波）が空気を介さずに直接体に当たるためです（放射・輻射）。

• ウ（金属カップ→手）: 熱伝導（固体の接触による熱移動）。
• イ（暖房→空気の対流）: 熱対流（空気の流動による熱移動）。
• ア（焚き火から離れて暖かい）: 熱放射（輻射）。正しい。
• エ（鍋の水の対流・沸騰）: 熱対流（液体の流動）＋一部伝導。
• オ（金属棒の一端を加熱→他端も熱い）: 熱伝導（固体を通した熱移動）。

熱放射は「媒介物（物質）なしに電磁波（赤外線）で伝わる」という点が他の2形態と違います。

熱の3形態の識別（確立した物理学）:

各選択肢：

• ウ（金属カップ→手）: 金属（固体）の接触による熱伝導。金属の熱伝導率が高いため素手では持てないほど熱くなる。
• イ（暖房→空気の対流）: 暖かい空気が上昇し冷たい空気が下降する自然対流（熱対流）。
• ア（焚き火から離れて暖かい）: 熱放射（輻射）。焚き火と体の間に空気はあるが、放射は空気を経由せず直接赤外線で伝わる（空気による遮断が少ない）。物陰に入ると暖かさを感じなくなるのも放射の性質（直進する電磁波）。
• エ（鍋の水が沸騰・全体が温まる）: 液体の熱対流（水が循環する）。鍋底からの伝導で水が温まり、温まった水が上昇する。
• オ（金属棒の一端→他端が熱くなる）: 熱伝導（固体中での粒子振動による熱移動）。

引っかけ: ア（放射）をイ（対流）と混同しやすい。「離れていても」「真空でも」が放射の識別キーワード。

【理論的背景：熱放射の物理】

熱放射（輻射、radiation）は、物体が温度に応じて電磁波を放出・吸収することによる熱移動です。全ての物体は絶対零度（−273.15℃）でない限り電磁波を放出します（黒体放射・シュテファン-ボルツマンの法則）。放出される電磁波の主体は物体温度に依存し、約700℃以下では主に赤外線、それ以上では可視光も含まれます。焚き火が「赤く見える」のは可視光（放射）を含むためです。

放射の特徴：

• 媒介物が不要（真空中でも伝わる）
• 直進する（物陰に入ると遮断できる）
• 受熱体の表面色・材質が吸収率に影響（黒体が最も吸収率高い）
• 距離の二乗に反比例して弱まる

【火災現場での延焼と放射熱】

火災現場では熱放射が延焼拡大の重要な原因になります。隣接する建物や可燃物が直接炎に触れなくても、放射熱によって温度が上昇し引火・着火することがあります（飛び火とは異なる）。このため危険物施設では「保安距離」（製造所等から住宅・学校等への距離規制）が設けられており、その根拠の一つが放射熱の到達範囲です。

【各選択肢の発展補足】

• ウ（熱伝導）: 金属は熱伝導率が高く（鉄で約50〜80 W/(m・K)）、接触した手に素早く熱を伝える。固体同士の直接接触が伝導の典型。
• イ（熱対流）: 温度差による密度差で流体が循環する自然対流。建物の暖房・冷房の気流設計でも重要。
• ア（熱放射）: 正しい。「離れていても暖かい」「物陰に入ると遮断」が放射の証拠。キャンプファイヤー・焚き火・製鉄炉の前での体感はすべて放射熱。
• エ（熱対流）: 液体の自然対流。鍋の底（熱い）→水が温まり上昇→冷たい水が下降→循環。沸騰直前のゆっくりした温まりは対流、沸騰は気泡による強制的な物質移動。
• オ（熱伝導）: 固体中の熱伝導。金属棒の一端加熱→粒子振動が隣接粒子に伝わり→他端まで熱が到達。

【試験での位置づけ】

乙四試験では3形態の識別（具体例を見て「これは何？」と問う形式）が出題されます。識別キーワードは：伝導＝「固体の接触」、対流＝「流体の流動・循環」、放射＝「離れていても・真空でも・直進」。これを押さえるだけで確実に得点できます。

【根拠】確立した物理学（熱の3形態・識別の鍵）。

【補足】放射（輻射）：電磁波（赤外線）で媒介物なし・離れていても伝わる。焚き火/日光が典型例。