熱はエネルギーですか？

Question

熱はエネルギーですか？もしエネルギーならば例えば１リットル２０度の水の熱エネルギーを電気エネルギーに変換できればその水は絶対零度になるのでしょうか？

hitokotonusi · Accepted Answer

熱力学の定義か慣用的な意味かで答は変わります。

熱力学的には熱はエネルギーの移動形態でエネルギーそのものではなく，たくわえたり取り出したりすることはできない。
熱力学の熱はエネルギーの経路を指定するだけのものです。

慣用的には熱エネルギーの意味でしばしば熱という言葉が使われます。これは内部エネルギーのうちの運動エネルギー分です。

後半については、水については多分無理ですけど、磁性体の断熱消磁っていうのは内部エネルギーを磁気のエネルギーに変換することで絶対零度近くまで温度を下げていきます。
どうしても熱の漏れがあるので、一般に絶対零度にはできないと言われてますけどね。

絶対零度にこだわらなければ、理想気体の断熱膨張過程が内部エネルギ－を仕事に変えて温度を下げる過程です。
ピストンの先にモーターでもつけておけば取り出した仕事は電気エネルギーに変換できます。
(理想気体は相互作用しないので，理想気体の内部エネルギーは熱エネルギーそのものです。)

psytex1 · Answer

熱は分子振動です。
分子の振動を電気に変えるメカニズムが可能ならば、
絶対零度にできますが、２つの点で不可能です。
１．どのようなメカニズムにもロス（機械的摩擦、
　電気的抵抗）があり、それは熱に戻る事を意味します。
２．不確定性原理による量子ゆらぎにより、分子振動を
　完全停止させる事（絶対零度）は不可能です。

ORUKA1951 · Answer

＞熱はエネルギーですか？
　いいえ。熱エネルギーはエネルギーですがね。

タンクに入っている水がエネルギーだとすると、そのタンクにエネルギーは蓄えられている。というだけです。
　異なる高さ(温度)まで入っている水槽を連結すると、水は移動しますからエネルギー（仕事をする能力）は取り出せますが、単に水槽に水があるだけでは、エネルギー（仕事をする能力）はとりだせない。

uen_sap · Answer

質問の意図がさっぱりわからん。少し熱力学を学んでから再質問するべきですね。
熱はエネルギーです。

熱エネルギーはそのすべてを、電気・機械エネルギーに変換することはできません。
変換機械に高温熱源(例えば20℃)から熱流体を流しいれますが、低温熱源（例えば-10℃）ね熱を捨てることにより、そのエネルギーの差を電気、または機械エネルギーとして取り出せます。
その水が絶対零度になるということは、仮定の低温度熱源が絶対零度と言うことですが、足し算、引き算の世界で数値がそうなる、と言うことで、実現はしません。
絶対零度とは大変な世界で、熱力学ではなく、量子力学の支配する世界ですから、質問のようなマクロ熱力学的プロセスは存在しません。
言うまでもなく、マクロの力学の世界では絶対零度は死の世界です。音もせず、何も動かず、エネルギー変換なんてありえません。

ngkdddjkk · Answer

No.3に補足すると、「レーザー冷却」なる技術が存在するのですが、絶対零度で比熱が0まで低下するため、絶対零度にはならないのです。

絶対零度実現の論文が出たらかなりのインパクトかと思います。

yhr2 · Answer

「エネルギー」という用語を使われていますが、「エネルギー」とは何だと考えますか？
また、「熱」とはなんですか？
それが「等価である」とは、これまたどういうことでしょうか？

けっこう難しいことなのですよね。
　「エネルギー」とは、「物理学的な仕事に換算しうる量の総称。位置・運動・熱・光・電磁気など。」だそうです。では「仕事」とは？　どんどん新しい言葉が出てきます。
　他の回答者さんも書いているとおり、とりあえず熱はエネルギーのひとつです。

＞例えば１リットル２０度の水の熱エネルギーを電気エネルギーに変換できればその水は絶対零度になるのでしょうか？

原理的にはそうです。原理的には、「20℃の水1kgを、半分の500gの熱量を、残りの500ｇに移して、0℃の水500gと40℃の温水にする」ことはできますが、放っておいても絶対にそうなることはありません。エネルギーの移動に「不可逆性」があるからです。（No.1さんのおっしゃる「エントロピー増大の原理」です）
　もちろん、外からエネルギーを与えて無理やりそうすることはできます。空調のクーラーなどはその一例です。
　同じように、周囲の室温（20℃前後）の中で、水を絶対零度まで温度を下げるには、外部からけっこうなエネルギーを与えて「熱を奪う」仕事をしないといけません。

むらさめ · Answer

熱はエネルギーの移動形態のひとつなので、エネルギーで単位もエネルギーの単位Ｊ(ジュール)で表すことができます。

後半の質問は難しいですね。
1リットル20℃の水から熱エネルギーを取り出すことは難しいです。
熱力学第一法則というのがあって、人間が生活している環境の温度と同じほぼ20℃の水から、
熱のエネルギーを取り出すためには、何かをしてエネルギーを取り出すというよりも奪い去る操作が必要になってきます。

質問は素朴な疑問なのですが、かなり難しい質問で熱力学や物理学の根幹に関わってくる問題で、
ざっくりと言ってしまえば、熱を奪い去っていっても水は絶対零度にはなりません。
今の物理学では、絶対零度は近づくことは出来ても到達できない温度です。

ngkdddjkk · Answer

熱はエネルギーですが、エントロピー増大の法則により絶対零度にはできないかな

熱はエネルギーですか？

熱力学の定義か慣用的な意味かで答は変わります。

熱は分子振動です。