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高校の化学の授業で絶対温度が出てきましたけど、絶対温度(K)は、なんのためにあるんですか?

A 回答 (8件)

絶対温度を使用すると、【科学の世界では】とても楽だからです。


 日常生活では°F(華氏)のほうが圧倒的に便利です。

最も低い気温が 0°F   約-18℃
普通の幅で快適な温度は、50°F台 約10~16℃
体温が、100°F   これより高いと熱がある
 その意味ではセ氏は中途半端です。

 さて、理科は実験や観察を元に真実は何かを見つけていく手法を学ぶ学問です。
一度指導要領を読んでおくと良い。目的は小中高同じです。
【引用】____________ここから
第1 目標
 自然に親しみ,見通しをもって観察,実験などを行い,問題解決の能力と自然を愛する心情を育てるとともに,自然の事物・現象についての実感を伴った理解を図り,科学的な見方や考え方を養う。
 ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ここまで
[第2章 各教科 第4節 理科:文部科学省]( http://www.mext.go.jp/a_menu/shotou/new-cs/youry … )より

 小学校のときに注射器に気体を入れて加熱すると膨らみ、押し付けると縮む実験をしたと思います。その時に気体を小さな球が飛び跳ねているとイメージされたと思います。--教科書によると絵が書いてある。--
 気体は温度で膨張します。具体的には0℃のとき200Lあった気体は、100℃になると約270Lになります。
★気体に体積があるのは、そのひとつひとつの粒子が激しく飛び回って周囲の壁(を仮定する)を押しのけるからでしたね。
 気体分子の運動が体積の由来です。
  ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄ ̄
 では、温度を下げて行って見ましょう。
       0℃   100℃
       |    ・ 273L
       ・    | 200L
       |    |
       |    |
・__________________
↑体積がゼロになるところがあるはずですね。
 これは、気体の運動がゼロになる、静止してしまう温度と言う事です。
 これを熱運動と言います。
 これを0℃とすると、気体の体積は単純な比例式
V = nT
 で現される。
T = 0 のとき V=0
T = 100 のとき V = 100
なら
T = 200 のときはV=200
とね。

 水の沸点も凝固点も浸透圧も、すべて水分子の(熱)運動に由来しますから、熱運動を直接示す絶対温度は、浸透圧も凝固点降下も沸点上昇もすべて絶対温度の関数になってしまいます。

 まあ、便利なのは化学の世界だけですけどね。華氏は日常生活にはとても便利---だから未だにアメリカなどは華氏を使う。セ氏℃は中途半端で使いにくい・・・あえて利点と言えば
・通常の温度は2桁までの数字で表される。
・絶対温度(ケルビン)と同じ目盛り
 くらいでしょうかね。

 ちなみに華氏の絶対温度を示すランキン度( https://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A9%E3%83%B3 … )もありますので、二つ目は必ずしも利点とは言えない。
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厳密なお答えがあるので、覚え易く答えましょう。


温度は絶対温度(単位はK)だけしか無く、大気圧における水の凝固点をゼロとし沸点を百とするセルシウスによる温度(セ氏)はただの都合、あるいは目安、で全く無意味です、他の方も書かれていますが、絶対零度に値があるのは、セルシウス目盛りを外挿すると解り易いからです。
なお絶対零度より下の温度が無いのは、物質の全ての運動が(原子核内を含め)存在しないからです。
こいつはブラックホールや特殊相対論に似ていて、そこかより低い温度を考えると「時間が逆転する」という考え方もあるらしいです。
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化学、物理、天文学、その他自然界の現象を解き明かすのに、温度が関係する場合には絶対温度(K)が欠かせないからです。

℃や°Fで表現する温度は、人間の身の回りの温度を感覚的、相対的に知るのには都合がいいのですが、自然界の真理を解明するのには℃や°Fはとても使いづらく(不便)、理解も進みにくくなります。
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なにかの為にある訳ではなく、ただ単に一番低い(理想)温度です。


ケルビンがセ氏度と同じ間隔なのは、変換が面倒くさくないようにというだけ。
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物理変化に関係する係数です。


摂氏や華氏は人間が都合のよいところ、と言っても全くでたらめではなく、変化が観測しやすいところ等を0度と決めただけ。
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熱膨張というのをご存知ですよね?


 温度を上げると、体積が膨張します。

 気体の温度と体積の関係を調べたフランスのジャック・シャルルさん(1746~1823年、日本の江戸時代です)が実験して調べたら、ある温度 t℃ のときの体積 V が、V0 を定数として

   V = V0 ( 1 + t/273 )   (1)

となりました。実験結果ですから、「どうして?」ということではなく、「実験したらそうだった」ということです。

 これは「気体の体積は、『摂氏温度+273』 に比例する」ということですが、摂氏温度が「-273℃」以下になると、体積が「マイナス」になってしまい、それ以下の温度はあり得ない、ということになります。

 ということで、それ以下はあり得ない「-273℃」を「0度」にする温度 T(K) を「絶対温度」としたのです。「絶対温度」には「マイナス」が存在しないので、何かと便利なのです。

   T = t + 273

ということです。これを使うと、(1)は

   V = V0 * T/273

となり、V0/273 = k とおくと

   V / T = k (一定値)

と書けて便利です。これが「シャルルの法則」というものです。

 ご参考まで。「ボイル・シャルルの法則」
http://www.wakariyasui.sakura.ne.jp/4-3-0-0/4-3- …
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ボイル・シャルルの法則をご存知でしょうか?


P=K(T/V)
ここで、Tは絶対温度です。絶対温度を適用する1例です。
例) 0℃->25℃の変化は、0℃->50℃の変化に対して1/2倍ではありません。
 絶対温度で比較してください。
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物理的にそれ以上に低い温度があり得ない温度が絶対零度です。

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