熱の正体は分子の振動、ではそのエネルギーの正体は？

質問

熱の正体は、分子の振動！よく解りました。
では、分子を振動させるエネルギーの正体とは
一体なんなのでしょうか？分子が振動させるた
めには、どのような作用が働くのでしょうか？
エネルギーって、言葉自体が漠然としていませ
んか？イメージ出来ません。ぜひ又、ご教示を！

回答No.3

ryumu · ベストアンサー

エネルギーというのは、簡単に言うと”潜在能力”といっていいと思います。つまり、「エネルギーが在る」とは、「何かをし得る能力が在る」と翻訳できると思います。でも、直感的には「何かをする」には「何らかの力が働く」と考えるのが普通でしょうね。

で、おたずねの件の「分子を振動させる作用」ですが、このように考えたらどうでしょう？

化学結合している２原子分子、Ａ-Ｂが真空中に在るとします。イメージ的には、バネでつながった２つの球を考えて下さい。
このままでは、振動は”しない”はずで、Ａ-Ｂ 間の距離も変化しないでしょう（原子は大きいので、零点振動は無視しますね）。この時のＡ-Ｂ 間の相対位置を基準位置とします。この分子にとっては、この相対位置が安定なのです。

この分子が振動するには、何らかの力が必要です。叩いてもいいし、どうにかして分子中の電子分布を変化させてもいい。そのような何らかの力によって初速度？をもった分子は、”基準位置に戻ろう”とします。つまり、分子は何らかの力を受けたため安定でなくなり、”安定になろうとする能力”、すなわち”エネルギー”を受けたことになります。あとは振り子の場合と同じで、「運動エネルギー」と「位置エネルギー」の交換が起き続けることになります。これが振動の原理ということになります。まあ、巨視的な振動と基本的には同じですね。

最初の初速度は何によってもたらされたのかは、たぶん宇宙誕生と関わりが在ることなのでしょうね。そちらは専門ではないので、代わりにこのような分子の振動が変化する場合はどういう場合かついて２つ述べましょう。

まず一つは、atsuotaさんと同じく、分子間の衝突が上げられますね。

もう一つは、光（＝電磁波；分子の振動に対しては、赤外線）によるものです。これは、分子が荷電粒子（電子・陽子）の集合体であるためで、それらと電磁波における”（振動）電場”とが相互作用します。

お礼

いつも皆様には、速攻でご回答いただきましてありがとうございます。心よりお礼申し上げます。
　なぜだろう？と言う疑問が心のどこかに起きますともう
夜も眠れぬ位、と言うほどではありませんが、何かもやもやして落ち着かない気持ちになってしまいます。学生の頃であれば教えてくれる先生方も沢山いましたが、社会にでるとこれがなかなかで、教えを請う機会もありませんし、また、恥ずかしくもありでと疑問が一向にが解決しません。つまりは思いは募るばかりなのです。
　こんな質問恥ずかしくて！なんて気持ちを悟られないで皆様にご教示を乞えるのは素晴らしい！今後とも、よろしくお願いします。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　かめら

回答No.5

stomachman

もしかして、質問者のkameraさんは「振動させ続けるためには、エネルギーを与え続けなくてはならない」と思っているのでは？

お礼

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回答No.4

frank

き、きましたね…
｢エネルギーとは何か」ですか…

一般的な定義としては
「運動の元となるもの」
です

「車の運動に例えると、運動するための燃料がエネルギーに当たる」と言った人がいます

私が以前｢エネルギーって何？」と不意に聞かれて、とっさに答えたのは
「え～と、運動を商品に例えると、その商品（運動）を買うためのお金（エネルギー）かな」
でした
○大きな買い物をするにはたくさんお金が必要
○大きな運動をするためにはエネルギーがたくさん必要
どうでしょう、以前はこれで納得してもらえたんですが、kameraさんは納得できました？

また、エネルギーでなぜ分子が振動するのかは、私の記憶が正しければ「詳しくはわかっていない」です

お礼

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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　かめら

回答No.2

atsuota

あくまでもイメージです。

まずエネルギーというのは、”もの”ではないので、その正体は？といわれても、困ってしまいます。

そこでおおざっぱなイメージですが（大体中学から高校向けかな？）分子は丸い球をイメージしてください。
まず箱があります。そこには分子＝球がいっぱい入っています。この箱に外から別の球を何回も、沢山ぶつけます。すると、箱がぐらぐら動き出して、その中にある球もだんだん動き始めます。これが分子の振動になるわけです。例えば、箱は「氷」で、中に入っている球は「水の分子」というわけです。

振動のエネルギーというのは、上のイメージで想像されるように、動き回るときに持っているエネルギー（運動エネルギー）です。
自然界には「エネルギー保存の法則」というのがあり、簡単にいうと、「誰かがエネルギーをなくすと、その分を他の人がエネルギーをもらう、またはどこかに出て行く」逆にいえば、「誰かがエネルギーを増やすには、他の誰かからその分のエネルギーをもらうことになる」ということです。
上の例で見たように、ある分子Aが振動を始めるきっかけは、別の分子Bとの衝突です。
分子Bが動き回っていて、Aにぶつかったときに、Bはスピードが落ちます。つまり運動しているエネルギーが減ってしまったのです。ではその減った分のエネルギーはどこにいったかというと、逆にAが振動をはじめて、その運動のエネルギーに、またAとBが衝突したとき周りに放出する熱のエネルギーに変わっているわけです。
２つの球をぶつける実験は中学や高校でもやるかと思います。（球じゃなくて台車かも知れませんが、同じことです。）自動車事故とかをイメージしてもいいかもしれませんね。止まっている自動車Bに暴走自動車Aが突っ込んでくる。AとBが衝突し、Bは跳ね飛ばされて、Aはゆっくりスピンしながら止まる。あたりには大量の炎と熱がまき散らされる。ここでも自動車Aの持っていた運動のエネルギーがなくなり、逆に跳ね飛ばされて動いている自動車Bの運動のエネルギーが増え、残った差額のエネルギーはあたりに熱のエネルギーとしてまき散らされたのです。

だいぶ長くなってしまいましたが、こんなものでイメージできましたでしょうか。

お礼

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回答No.1

dragon-2

明確なイメージにはならないと思いますが、このことだけ
は認識してください。
　まず、物質すべてのものがエネルギーをもっています。
　次に、そのエネルギーは物質によって違いがあります。
で、エネルギーの高い物質から低い物質へと変化するとき
その差（高－低）分だけのエネルギーを熱や光などのかた
ちで放出するのです。この例には燃焼現象があります。
例えば、木（太陽エネルギーの蓄積物）が燃えると、二酸
化炭素や水などに変化して、熱や光を出す現象です。ここ
で使用された、酸素と木のエネルギー合計から、二酸化炭
素や水などの排出された物質のエネルギー合計をひいた差
の分だけエネルギーが放出されます。もちろん、火を付け
るという活性化エネルギーが必要になるのですが。
この逆はたぶん中学校で行ったと思いますが、水の電気分
解です。エネルギーが低い水がエネルギーの高い水素と酸
素に変化します。この分だけ電気エネルギーを使用するわ
けです。
　また、このように考えたらいかがでしょう。高いところ
にある物＝高いエネルギーをもつ。低いところにある物＝
低いエネルギーをもつ。高いところからは自然に落ち、
高いほどスピードが速くなる。逆に低いところから高いと
ころへの移動には、そこまで上げるという仕事が必要だ。
この仕事もエネルギーなのです。

お礼

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