熱エネルギーは物体の運動エネルギーであり、その分子や原子の不規則な撹拌によるものです。物体間の熱エネルギーの移動は熱伝達と呼ばれ、熱力学において重要な役割を果たします。接触している物体の温度が等しい場合、それらは平衡に達します。
散逸エネルギー
熱エネルギーは空間内に均一に分布する傾向があります。この自然平衡メカニズムは、熱力学のゼロ原理で規定されるメカニズムの 1 つであり、機械的平衡 (圧力平衡) および化学的平衡 (流体の混合) も含まれます。
熱エネルギーを分配するメカニズムは次のとおりです。
接触による熱エネルギーの散逸は時間に関して非対称に発生し、常に最も熱い物体 (最も高い温度を持つ物体) から最も冷たい物体に向かって発生します。この現象は熱力学の第 2 法則で定式化され、エネルギーを仕事に変換する可能性を制限します。それは最初のエンジンの作成中に発見されました。
巨視的スケールでの量子起源の現象
その性質上、熱エネルギーは分子レベルでの活動の反映であるため、非常に量子的です。特に、黒体放射によって光エネルギーに変換されるこの能力は、物体を構成する分子と原子の状態変化の直接の証拠です。これは、薪の火の残り火や単に電球の光を観察することによって、日常的に観察できる現象です。
量子力学の法則の発見の原点となる現象
黒体放射と放射される光の性質を決定する法則の正確な研究は、古典力学の方程式を使用して行われた場合に矛盾を引き起こしました。プランクは、この矛盾を解決しようとして、光は連続的に放射されるのではなく、パケットとして放射されるという考えを導入しました。この仮説は真実であることが判明し、量子力学の基礎の 1 つになりました。
熱エネルギーを放射する物質のこの性質は、私たちの環境に大きな影響を与えます。この現象を通じて、太陽はそのエネルギーの一部を地球に放射し、生命の生存条件に不可欠なエネルギー源を提供します。さらに、生物は目を進化させ、これらの光線によって得られる情報を活用するように進化してきました。たとえば、人間の目に見える光の波長は、太陽の黒体放射によって放射される最大エネルギー波長 ( 500 nm)付近です。
熱エネルギーと温度
2 つの物体が接触すると、熱エネルギーの交換が発生します。両方の物体が同じ温度に達すると、平衡点に達します。バランスという概念は推移的な概念です。物体 A が B と平衡状態にあり、この物体 B が物体 C と平衡状態にある場合、A と C も平衡状態にあります。 A、B、C は同じ温度です。 20世紀初頭、この単純な常識に見えるこの法則は、熱力学の第0原理として定式化されるに値すると判断されました。
温度は正式に定義するのは難しいですが、観察しやすいため日常生活で使われている概念です。物体の温度を測定するには、物体を温度計(水銀温度計など) に接触させて、熱平衡までの目盛りを測定するだけです。
物体の比熱容量は、その物体の温度を 1 ℃上昇させるのに必要な熱エネルギーの量を表すために定義された値です。比熱容量は一般に、物体の組成とその温度に依存します。
熱エネルギーと物質の状態
物体に熱エネルギーを供給することで、固体状態から液体状態など、その状態を変化させることができます。
特定の圧力条件下では、特定の組成の物体では、これらの状態変化は常に同じ温度で発生します。水の状態の変化に基づいてケルビン温度スケールを定義するために、熱力学的起源の考慮事項と同様に、この特性が使用されました。
