【使える物理】「温度」とは何か？簡潔に説明してみた。

 

はじめに

日本は四季折々の気候があります。夏は暑く、冬は寒い…。

これらは日本で当たり前の現象ですが、そもそも温度とはどのような存在で、どのような尺度で計られているのでしょうか？

というわけで今回は、「温度」という概念の正体を暴いていきましょう。

 

「温度」の正体

我々が一年中、「暑いなあ、寒いなあ」といっている根本概念、温度とは一体何なのでしょうか。

順を追って見ていきましょう。

 

結論

温度というのはズバリ

原子の振動の大きさ

のことを言います。

つまり振動が小さいほど温度は低く、振動が大きいほど温度が高くなる。

 

さあ、ここで質問です。

物理学において存在できる温度の最高は何℃か、最低は何℃か知っていますか？

 

考えたこともないですよね？

例えば、イメージしやすいところから見ていきましょう。まずは高い温度からです。

 

最高温度は何℃？

まず、この世に存在する最高温度は何℃だと思いますか？

みなさんが入るお風呂の温度がだいたい４０℃前後ですよね。

続けていきなり飛びますが、鉄を溶かす製鉄所の溶鉱炉の中は約１６００℃、エンジンのシリンダー内の温度は最高で約２０００℃を超えます。

宇宙空間では、太陽の表面温度は約６０００℃、中心部(コアの部分)は約１５００万℃あるとされています。ここまでくると全くピンときませんが、こんな高温では近くに行くことすらできず、物は一瞬で灰と化します。

結論を言うと、理論上、温度に上限は無いと考えられています。

 

 

最低温度は何℃？

では逆に、「最低温度」はどうでしょうか。

低い温度というと、まず思いつくのが「氷」です。理科の授業でやったと思いますが、水は０℃になると凍ります。しかしこの世にはさらに低い温度で存在するものがあります。

以下が低い温度で存在する物質の目安です。

ドライアイス　－７９℃

液体窒素　－１９６℃

液体水素　－２５３℃

液体ヘリウム　－２６９℃

最初に言っように、温度は原子の振動の大きさです。

つまり温度が低くなるほど原子の振動は小さくなります。そして極限まで小さくなると、最終的には全く停止(全く動かない状態)します。

つまりこの「振動の停止状態」が存在できる最低温度である、ということです。

最低温度、つまり原子の振動が停止する温度は－２７３．１５℃です。

この「原子が全く停止する温度」にはある名称がついています。ポケットモンスターをやったことがある人はご存知かもしれません。そうです。カイオーガが使うあの技です。ちょっと前にはドラマの作品名にもあったような。

この温度のことを「絶対零度」といいます。(※ただし、量子力学においては、絶対零度でも原子は停止しないとされている)

絶対零度の状態では宇宙の万物が停止するため、この世には－２７３．１５℃以下の低温は存在しない、という結論に至ります。

 

まとめ

　温度とは「原子の振動の大きさ」であり

　最高温度には上限が無く、最低温度は－２７３．１５℃である。

ということです。

 

thank you.