温度とは何ですか？

質問

• 温度は分子の運動エネルギーと関連しており、その具体的な関係や「分子一個あたり」の意義について疑問があります。
• 液体や固体の温度の説明についても気体とは異なるものになるのか、それとも共通の説明があるのかについて興味があります。
• 温度計を気体中に入れた場合に、温度計の温度と気体の温度が同じになる理由や同じ温度とは具体的にどのような意味を持つのかについて知りたいです。

回答No.3

Quarks

ANo.2です。

温度に関する認識が、違っているようです。

>式の上では温度は分子一個あたりの運動エネルギーになるのだと思う
と書かれていますが、正確に言うと、
　温度は、分子の平均的な運動エネルギーに比例した値として表すことができる。
となります。
<<　温度は、エネルギーではありません！！！　>>
温度とは、その物体を構成している分子の熱運動の激しさの度合いです。
同じことですが、熱運動の運動エネルギーが高い状態を、われわれは高温の状態だと感じているわけです。
(1/2)mv^2={(3/2)(nR/N)}・T
という式は、Tの定義を与えるものではありません！！！
左辺の運動エネルギーと、右辺のTを含む式とが、等しくなっているという"関係"が認められる、と言っているのです。もし m,v,n,Nなどが測定できたら、この式を使って温度がいかほどかを算出できる、という程度に過ぎません。

でも、「分子「一個あたり」の運動エネルギーでなくてはいけない」とは、どこでも言っていません。
平均的な分子の１個当たりの運動エネルギーでも、「単位体積内に含まれている気体分子全体の運動エネルギーの和」でも、温度と比例しているのです。

数式で語れば、
(1/2)mv^2={(3/2)(nR/N)}・T
これが、分子「一個あたり」の運動エネルギーで、温度を表しているものと見なすなら
{N(1/2)mv^2}/V=k・T
は、気体の単位体積当たりの運動エネルギーの和で、温度を表している式になります。
２式は、数学的には同等なものです。右辺の比例定数の分だけ違うだけです。
繰り返しますが、単位体積当たりの分子の運動エネルギーの総和に拘る必要はありません。１個の平均的な分子の運動エネルギーからでも、温度を求められるのです。

お礼

ありがとうございました。

補足

ありがとうございます。質問の表題の通り、温度とは何なのかが分かっていない状態なのですが、まずは式の上での「温度」を理解したいと思います。
頂いた回答の最後の式のうち、(1/2)mv^2={(3/2)(nR/N)}・Tについて考えてみました。右辺のnR/Nはボルツマン定数になると思います。ボルツマン定数は1.38 x 10^-23(J/K)ですから、この式の右辺は2.07 x 10^-23 x T (J)です。即ち、仮に気体分子一個あたりの運動エネルギーが2.07 x 10^-20ジュールであるなら、その気体の温度は727℃ということになり、分子一個あたりの運動エネルギーから気体の温度を求めることができます。
しかし、２番目の式、{N(1/2)mv^2}/V=k・Tはどうやって求めるのでしょうか。この式のkはボルツマン定数なのでしょうか。そうだとするとこの式の右辺の次元はエネルギー(J)で、左辺の次元は圧力(Pa)になってしまうような気がします。