熱と温度

物理や化学の勉強でよく使われる言葉に、「熱」と「温度」がある。この2つの概念は、物体の物理的な状態を指すのは同じですが、互いに多くの点で異なっています。これらの言葉を同じように使うのは間違いです。物体の間で温度が上昇する過程を理解する必要がある。

熱

熱とは、物体に含まれる位置エネルギーと運動エネルギーの総和である。位置エネルギーは蓄積されたエネルギーで、運動エネルギーは動くエネルギーである。単位はジュール（J）です。

温度

温度は、物体の分子の運動エネルギーを示す指標である。エネルギーに関係する数値ではあるが、エネルギーそのものではない。単位はケルビン、華氏、摂氏です。

物体に熱が加わると、その分子が速く動く。分子同士がぶつかり合ってより多くの熱が発生し、体温が上昇する。この衝突の尺度が温度である。つまり、温度の変化により、物体に熱が加えられることになる。熱を加えると、温度は変化しないのに氷が溶けて水になるなどの相変化が起こる。

熱は物体に取り込まれたエネルギーであり、物体が持つすべてのエネルギーの尺度であるのに対し、温度は物体の分子の運動エネルギーのみを示す尺度である。

温度は激しい性質、熱は広範囲に及ぶ性質です。これは、例によって説明することができます。水の沸点が100℃なら、1リットルの水を沸騰させても50リットルの水を沸騰させても同じである。しかし、50リットルの水を100℃に沸騰させたときと比べると、1リットルの水を沸騰させたときに発生する熱量は少なくなります。

また、熱と温度の違いの例として、花火があります。線香花火に火をつけると、線香花火の火花が見えるんです。これは金属の粒子が飛び出したもので、最高で3000℃の高温になることもある。この火花の一部が体に触れても、質量が小さいため熱を封じ込めないのでやけどをすることはない。この火花は非常に高温だが、熱量はほとんどない。

熱の測定式は以下の通りです。

Q＝立方センチメートル

ここで、Qは熱、Cは比熱容量、Mは物体の質量、Tは温度です。