熱とは分子の運動であるということは理解していたのですが、温度も似たものだと考えていました。

しかし氷から水に変化している間は、熱は加えられているのに温度は上がっていません。
ということは熱と温度は違うものではないかという疑問がわいてきました

どうか温度とは何か教えてください。

A 回答 (4件)

ごめんなさい。

質問の大事なところと、siegmundさんの回答でのやりとりを見逃していました。

確かに温度が違う物体間で熱が移りますが、ある物体にある熱が入ったとしてどれだけ温度が上がるかは、物質の種類と状態によって変わります。例えば、100℃に熱した鉄の玉と、物体Aを接触させたとき、最終的にどの温度に落ち着くか(落ち着いたらもう熱は流れない)は、両者の質量が分っただけでは決まりません。受け取った熱を、物体の中のどういう状態変化に費やすかということが、物質とその状態によって異なるからです。
特に、物質の相(そう)と呼ばれる状態(代表が氷,水,水蒸気の3態)が変わるときには、分子運動だけでなく、分子・原子間の結合状態が変わります。熱のエネルギーが、運動エネルギーだけでなく、分子・原子間のポテンシャルエネルギーの増加(減少することもある)に費やされるのです。そして、この物体内のポテンシャルエネルギーというのは、他の物体に流れていくことがないエネルギーの形なのです。ですから、結合を引き離してポテンシャルエネルギーを上げることに熱が使われている間は、物体のもつエネルギーの総量は増えても、物体の温度は上がらないということになります。
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この回答へのお礼

ありがとうございます、大変わかりやすいです。
氷と水との違いは並進、回転、振動の違いだけでは表しきれないのですね。
積年の悩みが解決しました。

お礼日時:2002/01/28 23:26

「温度とは何か」というのは意外に難しい問題です。

物理を専門にやっている人でも、分野によって違うイメージをもっているなと感じることがあります。
-ということで、最も素朴な見方をひとこと、、

物体と物体を接触させると、両者の温度という性質が異なっているときに限り、物体間であるものが受け渡しされます。このあるものが「熱」です。熱がエネルギーの一形態であることはご存知のとおりですが、どういうエネルギーかと詮索すると、かえって分かりずらくなる側面があります。熱の流れは、見えないし、直接測れないものです。熱が入った物体は、温度が上がります。熱が出た物体は温度が下がります。温度は、物体の様々な性質に反映するので、測ることができます。
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日常的な用語法では熱と温度は必ずしもきちんと区別して


用いられているわけではないようです.
体温が高いことを「熱がある」という(私も普通そういいます)などはその例でしょう.

さて,物理的立場からの話です.
【温度】は物体の温かさ冷たさの度合を示すもので,
ミクロな立場からは,物体を構成する粒子の内部運動(熱運動)と関係があります.
例えば,常温で1気圧の空気 1cm^3 中には約10^(19)個の分子
(大部分が窒素分子と酸素分子ですね)があり,ほぼ自由に動き回っています.
固体ですと,原子の大体の位置(平衡位置)は決まっていますが,
実際はその位置の周囲に振動しています.
これらの運動は規則的な運動ではなくて乱雑な運動(熱運動)で,
この乱雑運動のエネルギーの平均値が温度と関係しています.
したがって,物体の状態が決まると温度が決まります.
(物体の場所によって状態が違うような話はちょっと別にしておきます).

例えば,ボールを投げ上げると,
分子の運動は乱雑部分の他に全体が一様に動く部分が加わります.
この全体が一様に動く部分に関連したエネルギーの分は温度とは関係ありません.

さて,温度が高いと言うことは熱運動が激しいことです.
温度が異なる2つの物体が接触すると,
いろいろな相互作用(例えば分子同士の衝突など)を通じて,
温度が同じになろうとします.
そのためには,温度の高い物体から低い物体へ温度に関連したエネルギーが
移らなければなりません.
その移動エネルギーを【熱】と呼んでいます.
つまり,熱という概念はエネルギーの移動の過程について定義されるものです.
したがって,物体の状態を決めても,その物体の【熱】は決まりません
(熱エネルギーは決まります).

昔は熱素説というのがありまして,温度の高い物体は熱素とたくさん持っている,
熱素の移動が上で言う熱である,とされていました.
今はその考えは正しくないことがわかっています.

> 氷から水に変化している間は、熱は加えられているのに温度は上がっていません
確かにそうですね.通常は熱を加えれば温度は上がりますよね.
0℃の氷が 0℃の水になるにはエネルギーが必要です.
一般に固体は原子同士の結びつきが強いので,
そのことと関係して融点で液体になるのにエネルギーが必要なのです.
氷水に熱を加えても氷の割合が減るだけで,
氷が残っているうちは 0℃のままなのはご承知のとおりです.
ここで加えられた熱は,氷⇒水,という状態の変化に使われてしまって,
温度変化には使われません.
そういう意味で【潜熱】と呼ばれています.
100℃で水が沸騰するときも同じような状況です.
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この回答へのお礼

詳しい回答ありがとうございます
温度と熱の違いはわかってきたのですが、氷→水の時、熱を加えても温度が上がらない理由がなんだかよくわかりません。

私は氷の運動が激しくなると結合が切れて水になると思っていたのですが、これだと分子の熱運動が激しくなっているので温度が上がってくるような気がするんです。

お礼日時:2002/01/26 21:18

温度はただの物差しだと思っていただければよろしいかと思いますが。

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この回答へのお礼

回答ありがとうございます
やっぱり疑問に思うと詳しく知りたくなります。

お礼日時:2002/01/26 21:10

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No.1です。「補足」に書かれたことについて。

>50気圧に加圧するについて
>V1=密閉容器の体積V+加圧する空気の体積
>V2=密閉容器の体積V
>という解釈でしょうか?

はい。
体積に関しては
  V1=大気圧の空気の体積(密閉容器のV)+加圧する空気の「大気圧における」体積
ということかと思います。

 ただし「加圧する空気の大気圧・大気温度における体積」が「圧縮後の圧力」になったときの温度をどうするかは別問題です。
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No.1です。「補足」に書かれたことについて。

>50気圧に加圧するについて
>V1=密閉容器の体積V+加圧する空気の体積
>V2=密閉容器の体積V
>という解釈でしょうか?

はい。
体積に関しては
  V1=大気圧の空気の体積(密閉容器のV)+加圧する空気の「大気圧における」体積
ということかと思います。

 ただし「加圧する空気の大気圧・大気温度における体積」が「圧縮後の圧力」になったときの温度をどうするかは別問題です。
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から、
P(1)/P(2)=T(0)/T(2)
で、
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(2)→(0)の変化、断熱
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T(2)=P(2)/P(1)・T(0)=V(1)/V(0)・P(2)/P(0)・T(0)
これに、3式を代入すれば、

T(2)=V(1)/V(0)・P(2)/P(0)・T(0)
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湿度が低いので熱中症は大丈夫と思いますが。
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Aベストアンサー

>部屋の最適温度、湿度は

    ↓
これは難しい質問ですね・・・
最適条件(快適度PMV)と言っても、年齢・性別・体質・外気温・シーズン(春夏秋冬)・地域・状態(運動中・睡眠中)・断熱状況・健康志向・省エネの観点他で随分と異なります。
さらに、温度で言えば絶対温度と体感温度の違いが有り、室内に限定しても高さによっては温度分布が床面と天井面では7~13℃くらい変化します。
さらに、風や湿度との関係で身体で感じる温度(体感温度)は湿度10%、風が0.7m/sで約1℃違います。

従って、環境と状況によって異なりますが、一般的な空気調和の快適条件は

◇冷房時には、外気温35℃の時に室温27℃程度・暖房時は外気温7℃で室温20℃程度とされています。
そして、温度と共に湿度を快適にする事で、身体に優しく快適性と省エネ性を両立させるのが良いとされています。

◇湿度は成人の水分比率と同じ程度の60%程度が良いのですが、気温が高い時は不快指数が高くなり、蒸し暑いのでドライ運転のように50%以下にして体感的に涼しくしています。
暖房時には、逆に温度を上げるだけでなく、乾燥した室内で加湿により湿度を50%程度に約20%上げて体感温度2℃程暖かくしています。

熱中症は身体内の水分量(塩分他のミネラル含む)の減少や発汗により水分補給が不足して起こりますので運動中だけでなく睡眠時にも起こります。
また、湿度が低くても扇風機の風で水分(汗)が蒸発し、補給されていなければ熱中症は起こりますので
温度・湿度と同じく水分補給も十分留意しなければ発症の危険はあります。

要は、固定的な温度と湿度だけの条件でなく、風や体調・外気温等の関係で人間の体温調節機能を超える変化や過酷な条件にすると快適度が下がり熱中症等の健康障害が起こり易いです。

>部屋の最適温度、湿度は

    ↓
これは難しい質問ですね・・・
最適条件(快適度PMV)と言っても、年齢・性別・体質・外気温・シーズン(春夏秋冬)・地域・状態(運動中・睡眠中)・断熱状況・健康志向・省エネの観点他で随分と異なります。
さらに、温度で言えば絶対温度と体感温度の違いが有り、室内に限定しても高さによっては温度分布が床面と天井面では7~13℃くらい変化します。
さらに、風や湿度との関係で身体で感じる温度(体感温度)は湿度10%、風が0.7m/sで約1℃違います。

従っ...続きを読む

Q液体窒素ボンベの圧力変化、温度変化について

普段から疑問に思っているのが、ボンベ中に蓄えられた液体窒素はどの位の賞味期限なのか、最後は臨界温度を超えて圧力が高くなったところで安定するのかです。
そこで以下の観点から質問したいと思います。
(1)液体窒素用のボンベは通常どの位の圧力で充填されているのか。恐らくその温度の飽和蒸気圧と思いますが。
(2)ボンベは2重構造の真空断熱でしょうか。
(3)ボンベには安全弁がついていて、ガス化したものを少しずつパージしているのでしょうか。また、その場合の安全弁噴出し圧力の考え方は。
(4)仮に液体窒素を高圧容器に封入していた場合、これが常温になるとどの位の圧力になるのでしょうか。等容変化で計算すればよろしいか。
(5)ボンベに充填するときの温度は沸点以下に過冷却しているのか。
(6)ボンベに貯蔵された液体窒素の賞味期限はどのくらいでしょうか。大きさにもよるでしょうが。
(7)ボンベの頭のところに氷が張っているのを見かけますが、ボンベ内への入熱はここのみからと考えて宜しいでしょうか。
以上厚かましい質問ですが、少しずつでもご回答宜しくお願いします。

普段から疑問に思っているのが、ボンベ中に蓄えられた液体窒素はどの位の賞味期限なのか、最後は臨界温度を超えて圧力が高くなったところで安定するのかです。
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(3)ボンベには安全弁がついていて、ガス化したものを少しずつパージしているのでしょうか。また、その場合の安全弁噴出し圧力の考え方は。
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 いわゆる液体窒素ボンベは、セルファー(自加圧式容器)といって通常の高圧ボンベとは全く異なった構造になっています。

 このボンベはご推察のとおり二重構造の真空断熱になっています。内部に貯蔵された液体窒素から蒸発したガスをもう一度内部に戻す事により加圧し、液体窒素を押し下げることで底面近くまで差し込まれたチューブと接続された取り出し弁から液体を取り出す仕組みになっています。
 このガスを戻す経路に、ガス放出弁が取り付けられており、内圧を解放する仕組みになっています。
 氷が張るのは、この還流させる経路で露出している部分です。ここからの熱流入が大きいのはそうだとおもいますが、取り出し弁等、その他の部分からの流入もそれなりにあるのではないかと思います。
 充填温度は77Kだと思います。でなければ減圧ないし加圧用の特殊な設備が必要になりますが、それをする必然性がありませんので。
 セルファーに充填された液体窒素がどの程度持つのか知りませんが、私の研究室では頻繁に利用していても空になるまで数日はかかります。涼しい実験室内に置いておけばもっと持つでしょう。

 装置の詳しい構造などについては、下記のサイト(東北大学極低温科学センター)のテキストが詳しくわかりやすいのでご参照下さい。
 

参考URL:http://ltsd.imr.tohoku.ac.jp/

 いわゆる液体窒素ボンベは、セルファー(自加圧式容器)といって通常の高圧ボンベとは全く異なった構造になっています。

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 氷...続きを読む

Q温度が上がると気圧は下がる?気圧の意味

温度が上がると気圧はどうなるのでしょうか?
http://www.youtube.com/watch?v=CLvuNAhGX_8
この動画を見て天気のことを勉強させていただいていました。

すると温度が上がると気圧がさがると言っているのですが
これはあっていますか?

僕のイメージでは
空気には目に見えない粒子があり、それが飛び回っていて、
気圧が高いとは、粒子が密集しており、温度が高く
気圧が低いとはその粒子がバラバラに動いており、温度が低い
これはあっていますか?


少しひっかかるのは、袋があるとし、その袋の中から外に押しているのが気圧ですか?
それとも、外から中に教えているのが気圧ですか?

教えてください。

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君の考え方にも,動画で見た先生の説明にも,少し無理というか考え違いの部分があります。

1.PV=nRT ・・・・・ この式は閉じられた空間での,乾燥した空気の話しです。
2.夏と冬との海陸の気圧差について,海洋における蒸発の問題が考慮されていません。
3.先生の説明では,冬に何故大陸に高気圧が出来るのか,海洋が低気圧になるのかの説明が不十分です。

1.は他の回答でも触れられています。あくまでも密閉された容器内での,気温と気圧の関係です。自由空間(蓋のない容器)では,下から暖められた空気は上方に逃げて行く為,気圧が下がって低気圧になっているように見えます。
2.夏の太平洋では,昼夜の平均で見れば,陸地よりも海水の方が温度が高く,その為蒸発量も海域の方が遙かに多くなります。湿った空気と乾いた空気を比べると,湿った空気の方が遙かに軽くなります。このため海域の空気は大きく膨張し対流を起こしますが,上昇できる高さには制限があります。上昇範囲の最高高度を『圏界面』と呼び,圏界面より下の対流可能な範囲を『対流圏』と呼びます。夏の太平洋では,膨張した湿った空気の勢力は四方八方へも広がります。これが太平洋高気圧の正体です。台風は,太平洋高気圧の周辺部の,気流の乱れやすい地域(陸地からの冷気と接触する部分)で発生します。
3.冬の陸地は対流(大気大循環のシステム)によって,偏西風帯が南下してくる為,冷気団を抱え込むことになります。海域では日射が弱まる為,夏ほどには高気圧が発達しません。その関係で日本付近には冷気が強く吹き出してくる訳です。

それから,『気圧』の定義についてですが,1.のような容器内ではなく,自由空間での圧力を考えます。『1平方cmあたりの地表面における空気の重さ』或いは『君の肩に掛かる1平方cmあたりの空気の重さ』と定義します。平均的な地表面付近の気圧=1気圧=1013hp はご存じでしょう。

気圧が高いとは、粒子が密集しており、温度が高く
気圧が低いとはその粒子がバラバラに動いており、温度が低い
これはあっていますか?

密閉容器内ではそう言う考え方も出来ます。別の考え方として,
密閉容器内では温度が高くなると,空気分子の熱運動エネルギーが高まり,分子同士の衝突が激しくなって,その結果として気圧が高くなる。逆に,冷えると運動エネルギーを失って気圧が下がる。・・・と考えます。
夏の太平洋高気圧は,非常に大きな密閉容器内での,大量に水蒸気を含んだ(熱エネルギー量の大きい)空気分子の「振る舞い」と,陸地での冷却・乾燥した大気の「振る舞いの結果」と理解しましょう。
解りにくい部分があったら,補足で質問してね。

君の考え方にも,動画で見た先生の説明にも,少し無理というか考え違いの部分があります。

1.PV=nRT ・・・・・ この式は閉じられた空間での,乾燥した空気の話しです。
2.夏と冬との海陸の気圧差について,海洋における蒸発の問題が考慮されていません。
3.先生の説明では,冬に何故大陸に高気圧が出来るのか,海洋が低気圧になるのかの説明が不十分です。

1.は他の回答でも触れられています。あくまでも密閉された容器内での,気温と気圧の関係です。自由空間(蓋のない容器)では,下から暖められた空...続きを読む

Q熱力学 氷の昇華熱

培風館『熱力学・統計力学』原島鮮著 p.28 章末問題3

氷、水、水蒸気の共存する三重点で、氷の融解熱は1[mol]につき5870[J]、水の蒸発熱は36000[J]である。氷の昇華熱を求めよ。

解答は、41900[J]です。

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Aベストアンサー

こんばんわ★

両方足して、有効数字三ケタで計算してるのでは?

Q部屋の温度が高い方が湿度は低くなりますか?

冬って、部屋の温度が高い方が湿度は低くなりますか?
であれば
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このとき、全系のエントロピー変化を求めよ。」

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熱浴については、物体にCv(T2-T1)の熱を与えていますが、温度一定のままなので、ΔS=0でよいのでしょうか?

基本的な問題かと思われますが、ご教授ください。

Aベストアンサー

熱浴が物体にCv(T2-T1)の熱を与えた、
つまり熱浴に“供給された”熱q'は
q'=-Cv(T2-T1)
です。等温であるのでエントロピー変化ΔS'は
ΔS'=q'/T2
で考えればいいです。


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