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.4

semikuma

No.1です。

>温度は分子一個の運動エネルギーに比例すると思うのですが、違うでしょうか？

そうですよ。
No.1に重要な結論を書き忘れましたが、質問文にある「温度＝分子1個当たりの運動エネルギー」ではなく、「温度＝分子1個当たりの運動エネルギーを表す『指標』」と思えば理解しやすいでしょう。

>分子の数が増えて圧力が上がっても分子の平均速度が変わらなければ「私たちが認識する温度」が上がらないのは何故なのか

そんなことはないでしょ。
例えば、水や石の温度が40℃を超えると熱くて触れませんが、サウナだったら100℃くらいは平気でしょ。
これは、気体と液体や固体の密度(つまり、皮膚にぶつかってくる分子の数)が1000倍くらい違うからです。

人間が感じる温度は、皮膚(の下の温度神経)にどれ位の運動エネルギーで分子がぶつかってくるかですが、これだと客観性がないので、温度を客観的に表示する「温度計」が発明されました。

温度が上がれば分子や電子の運動エネルギーが大きくなるので、気体であろうと液体や固体であろうと(相変化がなければ)運動する範囲が広がるので体積は膨張するし、金属や半導体の熱起電力は大きくなるし、放出される赤外線のエネルギーも大きくなります。
温度計は、アルコールや水銀の体積変化、異種金属間の熱起電力の差、半導体の起電力、赤外線の波長などから温度を表示するものです。

お礼

ありがとうございました。温度の意味についておかげさまで少し理解が進んだと思います。固体の温度の意味など、まだまだ分からない所も多いのですが、随分長くなってしまいましたので一旦ここで終わらせて頂いて自分の疑問を整理してみようと思います。

補足

ありがとうございます。マクロな温度の概念と気体分子の運動エネルギーとの関係について分からない点を整理するための質問を考えてみましたので補足・追加質問させてください。
50℃100kPaの窒素が入った大きな容器と、50℃200kPaの窒素が入った同じ大きさの容器と、があったとします。(この仮定上の「温度」は、T=(1/(ck))mv^2+273から求めたものだとします。)
両方の容器内の窒素分子一個あたりの運動エネルギーは同じですが、後者の容器内の分子の数と密度は前者の２倍です。
両方の容器に小さなアルコール温度計を入れます。
温度を普通の(マクロな)意味で考えた時、温度が上がる速さは後者の温度計の方が速いかもしれませんが、小さな温度計が十分暖まるまで待てば２つの温度計は同じ50℃を示すと思います。２つの温度計のガラス管も、50℃になっているはずです。
ぶつかる気体分子の濃度が違うのに、２つの温度計のガラス管は、どうして同じ50℃になるのでしょうか？