【高校物理】熱と温度の違いは？【熱力学の基本をわかりやすく解説】

悩んでる人

・温度と熱の違いって何？
・絶対温度って何？

今回は、上のような疑問を解決していきます。

受験生でも、『熱と温度の違い』について聞かれると、説明できない人がたくさんいますが、説明できない人は危険信号です。

この記事を機会に、熱と温度の違いを説明できるようにしておきましょう！

熱と温度の違いとは？

日常生活でも、熱と温度を区別しないで使っている人が多いですよね。

例えば、風邪をひいたとき、熱があったら温度が高いみたいに使いますが、物理の世界では、2つの違いをしっかり区別しておくことが大切なのです。

熱はエネルギーのこと

熱とは、高温の物体から低温の物体へ移動する熱運動のエネルギーのことを言います。

悩んでる人

エネルギーということは、単位は[J]ですか？

そうだよ！熱は仕事とかの単位と同じなんだ！

塾長

さらに、熱は高温の物体から低温の物体へ移動するという性質があります。

例えば、氷をにぎっていると氷が解けるけれど、これは手（高温）から氷（低温）に向かって熱（エネルギー）が移動して氷の温度が上がったからですね！

今まで、エネルギーの授受は、仕事（力×距離）でしかできなかったけれど、熱は仕事とは違った形でエネルギーの授受ができるのは面白いね！

塾長

温度は熱運動の激しさを表す！

我々が、生活している空間には、酸素や窒素などの気体分子が、あちこち飛び回っています。

その運動の激しさを表す言葉が、温度です。

例えば、『気温が高い』なら、気体分子の熱運動が激しい、みたいになります。

物理世界では、温度を表す言葉として、絶対温度を使うね！

塾長

温度を表す言葉には、主に『摂氏℃』と『絶対温度K』の2つが使われています！

摂氏と絶対温度は、どちらもメモリの刻みが同じなので、摂氏で1℃上がれば絶対温度でも1K上昇します。

一方、2つの違いは基準の取り方にあり、摂氏は基準が氷が解ける温度が基準なのに対し、絶対温度は気体の熱運動が止まる温度が基準になっています。

絶対温度の基準（0[K]）のことを絶対零度というんですよね！

つまり、絶対零度では、気体分子の熱運動が停止するので、それ以下の温度は存在しないので、注意しましょうね！

さらに、摂氏\(t℃\)と絶対温度\(T[k]\)の間には、

$$T=t+273$$

の関係式があります！

例えば、27℃であれば、絶対温度では273を足した300[K]になります。

2つの温度を比較したときは、必ず絶対温度の方が大きな値になります！

塾長

物理で温度は気体分子の運動エネルギーの平均値のこと

今までの話は、物理基礎の範囲の話でしたが、物理の範囲では、温度は気体分子の運動エネルギーの平均値のことを言います。

悩んでる人

ちょっと意味が分からないのですが。

物理の範囲では、絶対温度は以下のような式が登場します。

$$\frac{1}{2}m\overline{v^2}=\frac{3}{2}k_BT$$

\(k_B\)をボルツマン定数といい、右辺は絶対温度T以外は定数なので、絶対温度は運動エネルギーの平均値ということができます！

導出は、入試問題として頻出だから、しっかり練習しておこう！

塾長

まとめ：熱と温度の違いをしっかり理解しておこう！

今回は、熱と温度の違いと絶対温度について話してきました。

この2つの違いと、絶対温度について説明できるようにしておきましょう！

さらに、絶対温度の導出は、物理の範囲で大学入試の頻出問題になっていますので、何も見ずに解けるようにしておくことが大切ですよ。