熱エネルギーはどこへ？

Question

あらゆるエネルギーは最終的に熱エネルギーに変わって
熱を他のエネルギーに変換するのは難しいと習いました。
また、熱は真空中を伝わることが出来ないとも。

では、地球上で石油を燃やしたり原子炉を使ったりして
地上に存在するエネルギーをどんどん熱エネルギーに変換していったら
極端な話、気が遠くなるほど長い時間で見れば
最終的に地球は飛び回る混合気体になってしまうのでしょうか？

それとも、ごく僅かな宇宙を漂う分子に熱を伝えて
少しずつ外に発散していって宇宙空間になるのでしょうか？

First_Noel · Accepted Answer

みなさまの回答にあるように，「最終的」には赤外線として宇宙へ放射されますが，
この放射の度合いは，ものすごく大雑把に言えば，温度の４乗で増えます．
従って，地球が熱くなれば，その分，放射が増えて，バランスを保とうとします．

何を以って「最終的」かは難しいところですが，１万年のオーダーであれば，
「熱エネルギー」は，海や陸地や大気の熱容量で蓄えられたり，
大気分子内にエネルギー（分子内の振動・回転のエネルギー）として
蓄えられたりします，
また，水と氷の状態変化時のエネルギー差（潜熱）分として蓄えられる（極地の氷が増えたり減ったり）ものもあります．

＞また、熱は真空中を伝わることが出来ないとも。

↑これは完全に誤りで，熱の伝わり方には３形態あります．
・放射：電磁波（熱として感じるのは赤外線）で伝わる．真空中も伝わる．
・伝導：物体を通して熱が伝わる．棒の先端を熱すると手元が次第に熱くなる．物体がないと伝わらないので，真空中は伝わらない．
・対流：物体の運動（流体など）を通して熱が伝わる．ガスコンロの上に手をかざすと熱いのが一例．真空中は伝わらない．

htms42 · Answer

「熱的死」、熱力学第二法則

「熱的死」は宇宙の死です。
銀河系の寿命は宇宙の寿命よりも短いです。太陽系の寿命は銀河系の寿命よりも短いです。地球の熱的な死を宇宙の寿命で考えるというのはおかしいことです。
あちこちで星が生まれたり、死んだりしています。
鉄よりも番号の大きな元素は超新星の爆発で出来たということですから地球の材料になっている元素自体他の星の死んだ後のリサイクルになっていることになります。いくつもの太陽系が死んでいるはずですから太陽系の寿命＝宇宙の寿命ではないはずです。まだまだ新しい星が生まれてくる可能性はあるはずです。星が生まるというのは熱的死に向かっての変化とは言えないですね。
仮に地球が死んだとしても宇宙の「熱的死」とはまだ結びつかないことのはずです。

＃２の中の「赤色矮星」は「赤色巨星」の誤りですね。「白色矮星」はありますが「赤色矮星」はありません。「矮星dwarf」は小さな星ということですから大きく膨張する星ではないのです。

htms42 · Answer

温室効果に関係して

メタンや二酸化炭素は赤外線を吸収すると言われています。
でも吸収された赤外線はまた赤外線として放出されます。吸収されっぱなしということはありません。再放出はあらゆる方向に対して起こりますから宇宙に向かってというのと地表に向かってというのは五分五分です。宇宙への熱の流れが悪くなります。温度が上がると言われていますが加熱ではありません。宇宙への熱の放出による冷却の効率が悪くなるのです。

吸収しっぱなしだと考えるとおかしいことになりますね。
全ての物質は温度に応じて赤外線を出すと何人もの人が書いています。赤外線を吸収すればエネルギーの高い状態になります。赤外線を放出して低い状態に戻ります。吸収と放出はバランスしています。

htms42 · Answer

石油を燃やしたら熱が出ます。でもこれは元々太陽からのエネルギーを地球の生物が体の一部として固定したものです。外から入ってきたエネルギーを時間差で放出したことになります。
原子力エネルギーも原子炉で使えば地表で熱が出ます。地表で使わなくても地下で熱が出ています。地熱の原因です。
内部から熱の供給があるから地球は４５億年たった現在でも生物のすむことのできるレベルの温度が維持されています。そうでなければ月のような状態になります。
昔地球の年齢が色んな方法で推測されていたことがあります。その中のひとつに溶けた岩石の塊のような状態から冷えて今の地球のような状態になるのにどれくらいの時間がかかるかというものがありました。確か１億年程度だったと思います。生物の進化から考えられる時間に比べて短すぎるということで内部から熱が供給されているはずだということになりました。
今地球の温暖化とか言われているのは生物のすむ環境としての地球を問題にしているからです。平均気温が数℃変わるのでも大問題なわけです。物としての地球であれば誤差の範囲です。内部の熱発生の仕組みの寿命は太陽の寿命よりも短いでしょうから太陽が赤色巨星になる前に月のような冷たい星になってしまっていると思います。

月と地球はほぼ同じ年齢です。月は内部の熱源を使い切っていることになります。小さいので熱源が不足しているということかもしれません。写真で見るとクレーターがたくさんあります。１つのクレーターが出来るときに発生する熱量はすごいものだと思います。全て宇宙に逃げていってしまっています。今は冷たい死んだ星です。
地球で原爆をいくら爆発させようが地球が熱的に高温になりすぎるということはありません。生物がすむ環境でなくなるということはあるでしょう。全ての生物が死に絶えた後でも固体の地球は残っているでしょう。プラズマになるなんてことは起こりません。太陽のように自ら光を出すことのできる星になるのにはもっと大きな質量が必要です。石油を燃やしてなれるものではありません。

NAZ0001 · Answer

まさしくそのとおりです。
「熱的死」で検索してみてください。

E-gis_hc · Answer

地球自身の放射によって、赤外線として宇宙空間に放出されます。

物体は、その物体の温度に応じて、電磁波を放出しています。
（熱力学の第二法則により、エントロピーが増大する、
つまりエネルギーの分布が均一になるように物理現象は進むので）
ただし、その物体の温度によって放出される電磁波の波長は違います。
（赤外線カメラってありますよね。あれは人間が赤外線を出しているから
その赤外線をとらえれば人間の輪郭をとらえることができます。）
地表の温度１５℃前後の物体では、赤外線領域の波長の電磁波を
出しますので、赤外線として宇宙空間にエネルギーを放出します。

しかし、二酸化炭素やメタンなどの物質は、
赤外線領域の電磁波を吸収してしまう性質があるので、
宇宙に放出されるはずの電磁波を吸収して
再び大気を温めてしまいます。これが温室効果です。

いずれにせよ、一度は赤外線として宇宙空間にエネルギーが放出されようとします。

noname#74145 · Answer

地球が温められると赤外線が多量に放射されます。
赤外線は電磁波ですから真空の宇宙空間にもどんどん出て行きます。

真空中を熱が伝わらないなら太陽からも熱エネルギーが来ない筈でしょう？

Willyt · Answer

熱の伝わり方は３通りあります。伝導と対流は真空中通って伝わることは不可能ですが、輻射は真空でも大丈夫です。
　熱力学第二法則が教えるところではすべての物質の温度が等しくなったとき、宇宙は終末を迎えます。その温度が何度であるかは予測が難しいのですが、その温度では気体の物質もあれば液体の物資もあり、固体の物質もあるでしょう。すべての物質が気体になってしまうということはたぶんあり得ないでしょう。
　宇宙が終末を迎える前に太陽が衰えて赤色矮星になるとどんどん膨張を始め、遂には地久を呑み込んでしまいますから、そうなれば地球は一旦は太陽の一部になってしまいます。

myeyesonly · Answer

こんにちは。
多分飛び回る混合気体じゃないでしょうかね？

ただ、温度が非常に高くなると気体という状態ではなくてプラズマという状態になります。

具体的には多くの恒星といわれる星がプラズマが主成分です。
太陽もそうですね。

熱エネルギーはどこへ？

みなさまの回答にあるように，「最終的」には赤外線として宇宙へ放射されますが，

「熱的死」、熱力学第二法則

温室効果に関係して

石油を燃やしたら熱が出ます。

まさしくそのとおりです。

地球自身の放射によって、赤外線として宇宙空間に放出されます。

地球が温められると赤外線が多量に放射されます。

熱の伝わり方は３通りあります。

こんにちは。

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