水分子の振動と温度上昇。鶏と卵。どちらが先？

質問

日光が当たって水温が上昇する時、水分子の運動も活発になっていますよね。水温が上昇したので水分子の運動が活発になるのか、水分子の運動が活発になったので水温が上昇するのか、どちらでしょうか？

熱は電磁波なので、物質の振動と熱は直接の関係はないようですね。水温上昇とは、厳密には水分子がより激しく運動するからではなく、水分子が電磁波をより多く放出するからですか。初心者の頓珍漢な質問で失礼しております。

回答No.3

Tacochin · ベストアンサー

「熱」とは

・高温の物体から低温の物体へと移動するエネルギー
　（Wikipediaより）

・分子の運動エネルギー
　・分子運動が激しい・・・高温
　・分子運動が穏やか・・・低温

　※分子運動...並進運動、回転運動、振動運動

参考サイト：
分子運動と熱～高校化学・物理をわかりやすく～
http://shimaphoto03.com/science/atom-thermo/

温度変化は分子運動の変化に伴って起きる結果です。

したがって
分子運動が激しくなる（原因）
↓
温度が上昇する（結果）
です。

>>熱は電磁波なので、

電磁エネルギー（電磁波）が熱エネルギーに変換されることはありますが、私が知る限り熱は直接イコール電磁波ではありません。

>>物質の振動と熱は直接の関係はないようですね。

物質の振動というか、分子の振動ならば熱と直接関係あります（先述のとおり）。

回答No.6

Tacochin

＃５の補足です。度々すみません。「直接、電磁波＝熱エネルギーではない」の補足です。説明が下手くそだったかも知れませんので。

「熱放射」について：
電磁波が熱エネルギーに変換されるときの過程で起きる事象が「熱放射」です。伝熱のひとつです。伝熱の中に「熱放射」と「熱伝導」があります。

・熱伝導：
同一物体内で温度差がある場合の熱移動

・熱放射：
電磁波（遠赤外線＝熱線）による熱移動

伝熱
↓
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BC%9D%E7%86%B1

回答No.5

Tacochin

＃３の補足です。度々すみません。

光（可視光線）は電磁波の一種です。放射線も、赤外線も紫外線も電磁波の一種です。それぞれ波長が異なります。

https://search.sugatsune.co.jp/img/genre/1/knowledge/light/con07-01.png

赤外線の中でも特に波長の長いものを別名「熱線」と呼びますが、熱放射されやすい電磁波です。温度に依存する電磁波が放出されることを「熱放射」と言います。質問者さんはこのことと勘違いしていらっしゃったのかなと思いました。「熱放射」は別名「熱輻射」（ねつふくしゃ）、「温度放射」、「温度輻射」とも言います。

「熱放射」については以下Wikipediaを参照願います。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%86%B1%E6%94%BE%E5%B0%84

>>皮下脂肪の分子運動が更に活発になり、お湯の熱さを感じる

どちらかと言うと体側（皮下脂肪）ではなく、お湯の方です。お湯（水）の分子運動が活発になり皮膚に激しく分子が当たり痛くて「熱い」と感じるといった仕組みです。

前回紹介した高校物理・化学のサイトの「分子運動と熱」の項目にも、火傷のメカニズムについて記載があります。これとほぼ同じ過程の現象です。
↓
http://shimaphoto03.com/science/atom-thermo/

回答No.4

ohkawa3

回答(2)です。
お礼を頂戴しましたが、そのなかで、
「電磁波そのものは光でも熱でもない訳ですね。」と記載なさっているのは、少々誤解がありそうです。

電磁波のうち、波長が360nm～830nm程度の範囲が代表的な「光」であり可視光と呼びます。この範囲よりも短波長側も、長波長側も、広義で「光」と呼びます。
上記より、更に短波長側は、X線、ガンマ線などと呼ばれます。
上記より、更に長波長側は、いわゆる電波と呼ばれ通信や放送になどに利用される領域です。

光を含む電磁波と、熱とは、エネルギーの形態が異なりますので別ものとして扱う必要があります。
一方で、「光」は電磁波であって、波長領域が異なるだけで、物理的な本質は電磁波として同様に扱えます。

お礼

ご指摘に感謝します。可視光線の両端の直ぐ外側の周波数帯、短波長側の紫外線が光なら、長波長側の赤外線は熱と呼ぶ方が私には理解しやすいですが、体温を検知する赤外線センサーは熱とは呼ばず、電波に分類されている訳ですね。

電磁波はどの周波数帯でも熱を発生させるので、電磁波は厳密には光というより熱、光子 photon というより熱子 heaton ですよね。変な理屈を捏ね回してすみません。

でも赤外線望遠鏡は観測結果が視覚化されるので、ご指摘くださった通り、やはり電磁波は光ですね。電磁波か゚周波数帯によって性質が大きく異なるのが興味深いです。ありがとうございます。

回答No.2

ohkawa3

＞熱は電磁波なので、物質の振動と熱は直接の関係はないようですね
かなり誤解なさっているようですね。
熱と電磁波は明らかに別ものです。（相互にエネルギーの変換は可能です。）
回答(1)さんが説明なさっている通り、物質の分子振動のような現象が熱エネルギーであって、電界と磁界の相互作用によって空間を伝搬する電気的エネルギーが電波です。

お礼

太陽の熱エネルギーは電磁波(日光)で地球に運ばれてくるものの、電磁波そのものは光でも熱でもない訳ですね。解説をありがとうございます。お風呂の湯の分子運動によって電磁波(遠赤外線他)が放出され、人体の皮下脂肪で吸収され、皮下脂肪の分子運動が更に活発になり、お湯の熱さを感じるという原理でしょうか。熱エネルギーを分子運動の測定から計算しても良いし、電磁波の測定から計算しても良い、同一の結果になるはずですよね。少しずつ頭の整理ができればと思います。

回答No.1

tetsumyi

水に限らず分子運動が活発になることを温度上昇といいます。
水は特定の波長の赤外線を吸収して熱に変えるつまり分子運動に変える特性があるようです。
https://www.jstage.jst.go.jp/article/pesj/42/1/42_KJ00005896527/_pdf/-char/ja
これは鶏と卵のような別物ではなくて、同一物理現象の観測方法が違うだけです。

お礼

分子運動が活発になって引き起こされる熱膨張を観測するか、分子運動によって放出される電磁波(遠赤外線他)を観測するか、同一の物理現象な訳ですね。ありがとうございます。