温度

温度は、実際には(分子などの)粒子の振動の激しさ(振動エネルギー)である。

温度が低いほど振動は少なくなり、温度が高いほど振動が激しくなる。

温度が低いほど振動は少なくなるということは、温度を下げ続ければ、いつかは振動が無くなる温度になる、ということが想定される。つまり、温度には下限が存在する。

マクロ物理学としては、理論上、温度が極限まで低ければ粒子の振動は止まる。これが温度の下限であり、この温度を絶対零度(絶対温度0度)として定義する。絶対零度は−273.15℃に相当する。

但し、量子力学などの世界では、絶対零度であっても不確定性原理により粒子は振動を続けており、分子の運動が0になることはない。しかし、そうであっても絶対零度より低い温度は存在しない。

温度が高いほど振動のエネルギーは大きくなる。また、粒子の速度も上がる。

例えば核融合に必要となる1億℃以上の重水素のプラズマだと、重水素原子核は約910km/s(786.2km/cBeat)にもなり、1秒間で東京から四国や九州まで到達できる速度になる。

この温度では、電子は約5.5万km/s(47520.4km/cBeat)にもなり、1秒間で地球を1.4周してしまう速さとなる。

温度に上限があるのかは定かではないが、電子の速度が光速を超えられないという点で、上限があるものと思われる。

• 沸点 (気相と液相の平衡状態)
• 融点 (液相と固相の平衡状態)
• 凝固点 (同上)
• 三重点 (液相、気相、固相が平衡状態)
• 露点 (はじめて結露する温度)

温度をどのように数値で表わすか、という尺度を温度目盛という。

国際単位系では絶対温度が公式で、摂氏温度目盛が併用される。アメリカでは今も華氏温度目盛が常用されている。

素粒子の世界では、温度を電子ボルト(eV)で表わすことがある。

これは物質中の粒子が持つ平均運動エネルギーをボルツマン定数k/10²³J/Kを単位として計ったものである。

もし粒子が平均して1eVのエネルギーを持つと、温度は11,600Kにもなる。

夏の気温は300K前後だが、この時の粒子のエネルギーは僅か26meVに過ぎないと計算できる。