熱と温度とは

今回から熱編です。

温度って何？
熱って何？
どれくらい温めたら氷が融けるの？
水とお湯を混ぜたら何℃になるの？
金属って熱くなると膨張するの？
エンジンの効率ってどれくらいなの？

熱編ではこのような内容を勉強します。

今回は、熱編第1回として、「温度ってなに？」ということについて、わかりやすく簡単に解説をしていきます。

温度とは 熱運動とは

温度とは、熱運動がどれくらい激しいかを数値で表したものです。

水も空気も金属も、原子や分子は不規則で乱雑な運動をしています。
この不規則な運動が激しければ激しいほど熱くなり、このような原子や分子の不規則な運動のことを熱運動と呼びます。

冷たい水は分子の動きがゆっくりであり、温かい水は分子の動きが速くなっているというイメージですね。
熱運動がどれくらい激しいかを、私たちは温度として数字で表しています。

セルシウス温度とは

セルシウス温度とは、1気圧のときの水が凍る温度を0℃、水が沸騰する温度を100℃と定めた温度のことです。

セルシウス氏の考案した温度なので、セ氏と言われています。中国語でセルシウスを「摂爾修斯」と書くので、摂氏とも書きますね。
私たちが普段使っている温度でもあります。
記号はtemperatureのt、単位は［℃］です。(セルシウスは英語でCelsius)

原子や分子の熱運動が激しくなるほど温度は高くなるので、温度の上限はとてつもなく大きな数になります。
しかし、熱運動が穏やかになるほど温度が低くなるため、温度の下限は、上限と比べるとそこまで大きな数にはなりません。

鉄の溶ける温度が約1500℃、太陽の中心温度が約1600万℃など、高い温度の話は授業やテレビ等でもたまに聞くことがありますが、マイナス1500℃とか、マイナス1600万℃なんてものは聞いたことがありませんよね。

セルシウス温度が-273℃のとき、分子や原子の運動は完全に停止してしまいます。

これ以上熱運動が小さくなることはないため、-273℃より小さな温度は存在しません。
セルシウス温度の下限は-273℃なのです。

絶対温度とは

絶対温度とは、-273℃を0Kとした温度のことです。記号はtemperatureのT、単位は［K］(ケルビン)です。

目盛りの幅はセルシウス温度と同じなので、セルシウス温度とちょうど273のズレがあり、絶対温度とセルシウス温度を変換するための公式は

$$T=t+273$$

となります。

先ほど説明したように、-273℃より小さな温度は存在しません。
「-273℃より小さな温度がないのであれば、そこが本当の0なのではないか？」
という考えをしたのが絶対温度です。

物理基礎ではセルシウス温度を使うことも多いですが、物理の方では絶対温度を使う方が圧倒的に多いです。

単純に数字が273ズレているだけなので、パパっと覚えてしまいましょう。273なのでツナミって覚えておくと簡単でいいですよ。

例題

次の各問に答えなさい。
(1)27℃は何Kか。
(2)195Kは何℃か。

まとめ

熱運動が激しいほど物体の温度が上がります。
セルシウス温度は私たちが普段使っている温度のことであり、t［℃］で表します。
セルシウス温度は-273℃より低くならないので、-273℃を0Kとして考えたのが絶対温度T［K］です。

また、セルシウス温度と絶対温度は

$$T=t+273$$

で変換することができます。ツナミと覚えると楽です。

 

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