熱エネルギーを他のエネルギーに

質問

熱が他の物質に伝達されることなく温度が下がるということはありえるのでしょうか。
つまり、熱エネルギーが直接他のエネルギーに変わることがあるのかを知りたいのです。もしないのだとすれば、この宇宙に熱エネルギーが無限に増え続けることになってしまわないでしょうか。

回答No.6

Willyt · ベストアンサー

>でも、全体の熱エネルギーは変化していないとするなら、体積が増えることで生じる運動エネルギーはどこからくるんでしょう。
　熱エネルギーというのは分子の運動エネルギーのことです。体積が増えた分、そのエネルギーを減らすことで辻褄を合わせているのです。
　いわゆる運動エネルギーは着目空間内に物体がないと存在しませんね。今私たちが考えているのは気体だけですから、これは勘定に入っていません。気体が持つエネルギーを勘定しているのです。

>全体の熱エネルギーは変化していないものと思っていました。
上記をちょっと読み違えていました。『全体のエネルギ－』が変化しないのです。熱エネルギーは減少します。申訳けありませんでしたm(_=_)m

お礼

ありがとうございました。
なんとなく理解できました。

回答No.5

Willyt

>体積が増えて温度が下がったとしても、熱が拡散して温度が下がっただけで、全体の熱エネルギーは変化していないものと思っていました。
　それでいいのですよ。それがエネルギー保存則なんです。外界に対してエネルギーの授受がないわけですから(^_^)

お礼

ありがとうございます。
でも、全体の熱エネルギーは変化していないとするなら、体積が増えることで生じる運動エネルギーはどこからくるんでしょう。

回答No.4

leo-ultra

>大きな勘違いかもしれませんが、ボイルシャルル則で体積が増えて温度が下がったとしても、熱が拡散しただけでトータル的な熱エネルギーは変わらないのでは？

大気中での圧力にさからって体積を膨張させますので、仕事をします。つまり熱エネルギーが仕事に変わったのです。

最初のご質問は「熱が他の物質に伝達されることなく温度が下がるということはありえるのでしょうか。」でしたよね。熱は他の物質に伝わっていません。力学的な仕事として伝わっているわけです。さらにこの過程でボイルシャルルから温度も下がる。

お礼

ありがとうございます。
つまり、気体が熱で膨張するときは、（ボイルシャルル則＋力学的な仕事で消費したエネルギー）だけ温度が下がるということなのですね。

回答No.3

Willyt

その現象のことを断熱膨張と言います。熱を放出しないで温度が下がるということはエネルギーをなくすということです。これはエネルギー保存の法則に反しますから、体積を膨張させるということでエネルギーを補うのです。冬の日本海側の雪はこの理屈で日本海から蒸発した水蒸気が雪に変わるのです。

補足

体積が増えて温度が下がったとしても、熱が拡散して温度が下がっただけで、全体の熱エネルギーは変化していないものと思っていました。そもそもこの考えが間違いなのでしょうか？

回答No.2

leo-ultra

>熱が他の物質に伝達されることなく温度が下がるということはありえるのでしょうか。

物質というのが気体で、定圧下で体積膨張させればボイルシャルル則から温度を下がりますよね。
この場合、熱は力学的仕事に変わります。他の物質に熱は逃げておりません。

>つまり、熱エネルギーが直接他のエネルギーに変わることがあるのかを知りたいのです。

蒸気機関をご存知ないですか？　要するに蒸気機関車ですよ。　熱エネルギーが運動エネルギーに変換されているでしょう。

別に蒸気機関車に限らないでも、火力発電も原子力発電も熱から蒸気のような力学エネルギー、そしてタービンを回して電気エネルギーに変換される。

>この宇宙に熱エネルギーが無限に増え続けることになってしまわないでしょうか。

しかし、この疑問もあまり的外れではありません。

詳しい議論はわすれましたが、熱は意外に程度の悪いエネルギーなのです。100％他のエネルギーに換えることができないのです。

エントロピーS＝ｄQ/T　なので同じ熱量dQでもTが低いとSが大きくなって、つまり徐々に宇宙全体のエントロピーは増えて。

補足

大きな勘違いかもしれませんが、ボイルシャルル則で体積が増えて温度が下がったとしても、熱が拡散しただけでトータル的な熱エネルギーは変わらないのでは？

回答No.1

N64

これは質問に対する回答とは、とてもいえないと思いますが、「宇宙に熱エネルギーが無限に増え続けること」これだけは、ないと思います。もしそうだとすると、エネルギー保存の法則に反することになるのではないでしょうか？

お礼

「無限に増え続ける」というのはちょっといいすぎでした。
たとえば、ニクロム線に電流を流すと熱が発生します。このように他のエネルギーが全部熱エネルギーに変わってしまうのではないかと疑問に思ったのです。