はじめに
今回から熱分野に入っていきます。
個人的にはすごく好きな分野です。
熱分野は物理基礎の内容であればそこまで難しくはありません。
楽しみながら勉強していきましょう。
熱と温度の違い
熱と温度の違いはどこにあるのでしょうか？
日常生活においてはあまり区別せずに使用する場合が多いですが、物理においては明確に区別します。
熱：外部から物体に移動する熱運動のエネルギー
温度：熱運動の度合い
簡単に言えば上記のような違いがあります。
温度は皆さんがイメージする物体の暖かさや気温と同じである。
熱とは、温度が異なる物体同士を接触させた際に高温から低温へ流れるエネルギーである。
もっと簡単に言うならば
熱：移動するもの
温度：物体の暖かさ
上記のようにイメージできる。
そのためよく皆さんが使う「熱がある」や「熱が高い」などの言葉は物理的に言えば使い方が間違っていますよね。
本来ならば「温度が高い」や「体温が高い」という言葉物理的には正しいのです。
絶対温度とセルシウス温度
セルシウス温度とはセ氏とも略される日常的に使っている温度です。
単位は℃ですね。
このセルシウス温度は物理的には非常に使いにくい温度の示し方なんです。
そもそもセルシウス温度とは我々人間が「水」を基準に勝手に決めた尺度です。
水が凍る温度を0℃、水が沸騰する温度を100℃というように。
そのため、温度をセルシウス温度を表さなければならないというルールはないのです。
アメリカでは華氏と呼ばれる温度尺度を使っていますね。
関係ない話ですが、小学生の頃に私は
「水は0℃で凍り、100℃で沸騰する」
という話を聞いて、なんでこんなに綺麗に成り立つんだろうと不思議に思っていました。
しかし、綺麗なのは当たり前ですよね。水が凍る温度を後から0℃と決めただけなんですから（笑）
物理ではそんなセルシウス温度の代わりに絶対温度という尺度を使います。
単位はK(ケルビン)です。
絶対温度は分子の熱運動を基準にした温度の尺度です。
絶対温度における一番低い温度は0(K)です。
これは、分子の熱運動が完全に停止した状態です。
これをセルシウス温度で表すと-273℃になります。
分子の熱運動が完全に停止するので-273℃が世の中で一番低い温度となります。
もっと正確に言うと-273.15℃が一番低い温度です。
では世の中で一番高い温度とは何度でしょうか？噂では宇宙の始まりであるビッグバン時の温度であると言われています。
宇宙の歴史上、ビッグバンの時の温度が一番高いと言われていますが、それ以上に温度は上がるのでしょうか？
上がるとしてもそれが実現することはあるのでしょうか。
絶対温度 \( T \) とセルシウス温度 \( t \) の関係は下のようになります。
$$ T = t + 273 $$
つまり0℃は273(K)となります。
物質の三態
基本的に物質には温度の状態によって3つの状態が存在しますね。
固体・液体・気体
の3つです。これを物質の三態と言います。
もっと言うとプラズマ状態なるものも存在するようですが、今回はそれは考えません。
物質の状態は、物質の種類やかかっている圧力によっても変化します。
今回は分かりやすい水を例に説明します。
まずは潜熱という言葉を覚えましょう。潜熱とは融解熱や蒸発熱のことです。
固体（氷）の状態を液体（水）にするのに必要な熱を融解熱と言いますが、温度計で温度を測っていると0℃から温度が変化しない区間が一定時間続きます。
これは、固体（氷）と液体（水）が混在している状態で、完全に液体（水）にならなければ0℃から温度上昇しないのです。
このように熱を加えているにもかかわらず、温度変化がないことから融解熱は潜熱と呼ばれています。蒸発熱も同じ理由で潜熱と呼ばれています。
まとめ
今回は熱の基本的な事項を確認しました。どれも大切なのでしっかり覚えておきましょう。
熱：外部から物体に移動する熱運動のエネルギー
温度：熱運動の度合い
絶対温度 \( T \) とセルシウス温度 \( t \) の関係式
$$ T = t + 273 $$
熱を加えているにもかかわらず、温度変化がないことから融解熱や蒸発熱は潜熱と呼ばれています。
今回は以上です。次回は熱の保存と移動について解説します。
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