システムの温度は、粒子の熱撹拌の程度、つまりその熱エネルギーの増加関数です。それは他のシステムとの熱伝達のバランスによって定義されます。
たとえば、揺れが小さいとき、物体を触ると冷たく感じます。この感覚は、指から物体への熱伝達によるものです。それは温度計を使用して測定され、温度測定によって研究されます。
物理的起源
物質系を構成する粒子 (分子または原子) は決して静止しません。それらは永続的に振動しているため、特定の運動エネルギーを持っています。温度は、粒子の微視的な撹拌の程度に接触することによって間接的に測定されます。
さらに、物質はなく、光[ 1 ]が伝播する空間にもエネルギーが含まれています。良好な条件下では[ 2 ] 、この放射線と温度を関連付けることができ、それによって放射線を構成する粒子の平均エネルギーが測定されます。熱放射の重要な例は黒体の放射であり、自然界で観察されるその素晴らしい例は 宇宙マイクロ波背景放射です。
2 つの物体を接触させると、それらは自発的に熱エネルギーを交換します。2 つの物体の一方には、より多くの運動エネルギーを持つ粒子があり、それらを接触させると、粒子間の衝撃によって、この微視的な運動エネルギーが一方の物体からもう一方の物体に伝達されます。物理科学では、このエネルギーの伝達を熱と呼びます。これらのエネルギー移動により、存在する 2 つの物体が同じ温度になる熱平衡状態が自発的に生じます。
周囲温度は環境、つまり考慮されているシステムを除く宇宙全体の温度です。
ただし、実際には、物理学や化学の分野では、現在の平均温度を周囲温度と呼ぶのが一般的です。たとえば、「水は室温で液体である」と言います。しかし、この名前はあまり正式なものではなく、周囲温度の値が指定されることはほとんどありません (最も一般的には 25°C で評価されます)。
熱力学温度
実際には、異なる温度に接触しているすべての物体は、最終的な温度が同一になる平衡状態に到達するためにエネルギーを交換します。これが熱平衡です。したがって、温度の定義をすべての物体に拡張するには、特定のクラスの物体の熱状態を完全に定量化する方法を知り、その方法を知っていれば十分です。これは、理想気体の概念で行われることです。理想気体の場合、温度 (この場合は速度論と呼ばれます) は、粒子の平均運動エネルギー、または気体の内部エネルギーにさえ比例します。
次に、物体の熱力学的温度を、物体が理想気体と接触し熱平衡にあるときに得られる温度として定義できます。これが温度測定の原理です。
より数学的かつ形式的に言えば、熱力学的温度はエントロピーの概念に関連付けられています。したがって、圧力のみを受ける熱力学システムを次のように定義できます。
測定の単位とスケール
国際システムにおける温度の法定単位は、記号Kが付いたケルビンです (測定スケールではないため、° 記号がないことに注意してください)。他にも、摂氏摂氏、華氏、ランキンといった初期の測定システムがまだ使用されています。
- ケルビン
- それは水の三重点から定義されます。1 ケルビンは水の三重点の温度の 1/273.16 倍に相当します[ 3 ] 。絶対零度は、微視的な撹拌がまったく存在しない温度 -273.15°C の限界に相当します。しかし、私たちは決してそれに到達することはできません（物理的実体はむしろ 1/T であり、無限に到達することは決してできないと考えてください）。この単位を使用すると、温度の絶対スケールを定義できます。
- 摂氏
- それは 273.15 K を引いたケルビンです[ 4 ] 。単位は℃です。これは絶対スケールの単純な翻訳です (下記を参照)。したがって、水の三重点の値は 0.01°C になります。
- 摂氏スケール
- 測定スケールは 0 と 100 が固定されています。 2 つの基準点が 100° 離れているため、摂氏と呼ばれます。この 2 つのうち、スケールを定義するのは水銀の膨張です。
- たとえば、摂氏の摂氏スケールでは、ゼロは氷が溶ける温度に対応し、摂氏 100 度は 1気圧下の水の沸騰温度に対応します。天秤を逆転させたのはリンネでしょう。
- 華氏スケール
- 記号は°Fです。これは、水の凝固温度と沸騰温度の間に 180°F の範囲を割り当てます。これは、アフィン関数によって摂氏スケールから推定されます (下記を参照)。水の凝固点を 32°F、沸点を 212°F に設定します。
- ランキンスケール
- これは、9/5 の係数による絶対スケールの単純なスケーリングです (以下を参照)。
変換
これら 3 つのスケールの間で対応関係を確立できます。
一般的な変換式:
摂氏
摂氏
ケルビン
ケルビン
摂氏度
温度スケールの比較
| コメント | ケルビン | 摂氏 | 摂氏 | 華氏 | ランキン | デリスル | ニュートン | レオミュール | ローマー |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 絶対零度 | 0 | −273.15 | −459.67 | 0 | 559,725 | −90.14 | −218.52 | −135.90 | |
| 地球の表面で記録された最低気温 (南極のボストーク – 1983 年 7 月 21 日) | 184 | −89 | −128.2 | 331.47 | 283.5 | −29.37 | −71.2 | −39.225 | |
| 華氏の水と塩の混合物 | 255.37 | −17.78 | 0 | 459.67 | 176.67 | −5.87 | −14.22 | −1.83 | |
| 水の溶ける温度（常圧時） | 273.15 | 0 | 0 | 32 | 491.67 | 150 | 0 | 0 | 7.5 |
| 地球の平均表面温度 | 288 | 15 | 59 | 518.67 | 127.5 | 4.95 | 12 | 15,375 | |
| 人間の平均体温 | 309.95 | 36.8 | 98.24 | 557.91 | 94.8 | 12,144 | 29.44 | 26.82 | |
| 地球の表面で記録された最高気温 (リビアのアル・アジジヤ – 1922 年 9 月 13 日) | 331 | 58 | 136.4 | 596.07 | 63 | 19.14 | 46.4 | 37.95 | |
| 水の蒸発温度（常圧時） | 373,125 | 99,975 | 100 | 212 | 671.67 | 0 | 33 | 80 | 60 |
| チタンの溶解温度 | 1941年 | 1668年 | 3034 | 3494 | −2352 | 550 | 1334 | 883 | |
| 太陽の表面温度 | 5800 | 5526 | 9980 | 10440 | −8140 | 1823年 | 4421 | 2909 |
この表の一部の数値は四捨五入されています。
その他の地域
気象学の分野では、気温はT°と書かれ、風の影響下で感じる温度を表すために風 T° と呼ばれます。これは、主観温度、暑いまたは寒いという印象、風の温度とも呼ばれます。を参照してください。風の冷たさを詳細に説明します。
乾燥温度は、温度計によって示される標準的な温度に相当しますが、湿気や放射線からは保護されています。湿った空気の図では、一定温度曲線は垂直線です。
湿潤温度は、水が蒸発する温度計で測定されます。通常、通気性のあるウェットフォームを使用します。湿潤温度は常に乾燥温度よりも低くなります。相対湿度が 100% に近い場合、これらの測定値は、たとえばPescara乾湿計で実際に示されます。
医学では体温を測定します。
いくつかの相 (例: 湿った空気: 気体中の液体) で構成される物体 (実体) については、断熱勾配について話します。