熱の発生について

質問

物質内の細かい粒子は振動しても、なんらかの摩擦が生
じなければ熱は生じないものですか？
それとも
物が振動する＝熱でしょうか？
例えば気温が高いということは空気中の粒子がよく振動している（エネルギーを持っ
ている）ことと同じことなのでしょうか？
摩擦で暖かくなるのは、摩擦により表面の原子がエネルギーをもらって振動するから
でしょうか？
「振動→摩擦→熱」ではなく「摩擦→振動（熱）」と思って良いのでしょうか？

回答No.4

ht1914

巨視的、微視的という言葉をご存知でしょうか。熱や摩擦は巨視的な概念です。原子や分子は微視的なものです。巨視的には連続なものが微視的にはつぶつぶで表されます。巨視的な現象や量が微視的な量でどう表現できるかは物理の一つの柱になっています。巨視的な世界の量である熱をそのまま微視的な世界の粒に当てはめることは出来ません。翻訳が必要です。それが不規則な運動という考え方です。巨視的には運動していないのに個々のつぶつぶの立場で見れば激しく運動している、それを温度とか熱という言葉で表現しているのです。乱雑な運動でなく揃った運動をしていれば物体は全体として動いていることになります。
教室の中の４０人の生徒が皆てんでバラバラに夢中になって喋っています。でも廊下にいる人には何一つ意味のある言葉として聞き取れません。ただ騒々しいだけです。皆が静かに座っている時も廊下の人に言葉は伝わりません。喋っているのに意味が伝わらないのとは明らかに違います。こういうたとえはどうですか。

補足

この概念は初めて聞きました。

巨視的とは本質を微細に見ていない（曖昧に見ている）ことから起こる勘違いということのようですね。教えていただきありがとうございます。

回答No.3

gamma

直接の回答ではありませんが、ご自分で考えをまとめて下さい。

振動と熱は必ずしも同じものではありません。
たとえば、物質の中に電磁波（光でもマクロ波でもいい）が入ってきたとします。
（１）電子は電磁波の電場によって加速を受けて元の位置からズレますがある距離動くと運動は止り逆方向に動き始めます。この繰り返しによって電子は振動します。このとき、動いているときは運動エネルギーが大きくて止っている時は運動エネルギーがゼロであることはお分かりになるでしょう。つまり電子は電子波とエネルギーのやり取りをしているだけで電磁波が通りすぎた後は、電子は正味のエネルギーを受け取っていないのです。（細かな話しをすると散乱も考えなければなりませんが、今回は無視しても構いません）
　電子が何個あっても単に振動しているだけでは正味のエネルギーは増えません。
（２）でも実際は、電子レンジでものは温まるしお日さまでも暖かく感じます。物質の中にある電子の周りには原子核が沢山あります。原子核は正電荷を持っているので電子がその近くで運動すると電子の運動は乱されます（向きを変えたり原子核にエネルギーを与えて減速したりです。これを散乱と読んでもいいし、見方を変えれば摩擦といっても構いません）。
（３）つまり電子の一方向への振動は、原子核との（ひろい意味での）衝突によってリセットされてそこから新しい振動が始まりエネルギーをもらいます。リセット前の運動エネルギーは振動方向とは別の方向の運動エネルギー（これは個々の電子によってお互いにバラバラな向きです）や原子核の運動エネルギー（これも 個々の電子核によってお互いにバラバラな向き）になります。
（４）このようにして生じた、方向がデタラメな運動エネルギーが熱として観測されます。
（５）摩擦の場合は、二つの物質の構成原子同士の衝突が原因で原子のデタラメな運動エネルギーに変化して熱として観測されます。
----固体の場合原子の平均位置は固定されていますが、温度が上がるとその周りで運動（振動）しますが。そろった波ではなく振動方向もデタラメです。そろった波は音波として観測されますが、摩擦などによって次第に そろった波ではなく振動方向もデタラメになり熱になります。
一般的に書くと、
「外部からの力（音波や電磁波）」⇒「そろった振動」⇒「衝突・摩擦による 振動の乱れ」⇒「熱エネルギー」となり、「そろった振動」から「熱エネルギー」に向かう「衝突・摩擦による 振動の乱れ」の過程を「緩和過程」と言います。
これらは、物理モデルを簡単にすれば簡単な数学で説明できます。

お礼

理解はできていないかもしれませんが、何回も読み、完全に理解できるように努力いたします。答えを見出したような気がします。回答のために時間を割いていただき、大変ありがとうございました。感謝いたします。

回答No.2

久保 泰臣（@omi3_）

>なぜ、振動→摩擦＝熱ではなく、振動＝熱となるか？その理由です。

科学者は、
振動していることを熱いと呼ぶのです。
温度が高いか低いかはどのように計るかというと、
アルコール温度計でもバイメタルでも、
分子が振動して、ぶつかり合い、お互いの距離が離れて体積が増えるのを、
検出しているのです。

>回答ありがとうございます。
>質問の仕方が悪かったようですが、お聞きしたいのは
>なぜ、振動→摩擦＝熱ではなく、振動＝熱となるか？その理由です。

こう再質問されると、悲しくイライラするのはなぜでしょう
教えてください。

お礼

色々と勉強になりました。丁寧な回答もいただき、ありがとうございました。

補足

振動＝熱については大変よく分かりました。ありがとうございます。
私、頭が悪いからか
質問に対する一回目の回答は理解できず、回答というよりエゴで言いたいことを言われているだけだと思ってしまいました。悲しくイライラするのもエゴが原因で見返りを求められたのかな？と解釈してしまいました。重ね重ね申し訳ありません。
ただ、分子同士の摩擦がなぜ温度変化に影響を与えないのかについてはいまだ理解できてません。知りたいことを質問する場だと思っていましたので、気軽に再質問してしまいました。次回からは理解できなくても質問は一回で終わるようにしようと思っています。若しくはOKwaveさんで質問するのは
控えるようにいたします。回答とご指導ありがとうございました。

回答No.1

久保 泰臣（@omi3_）

その通りです。

空気の分子と、水蒸気の分子を、比較すると、
ほぼ同じように振動し、
同じ熱エネルギーを持っていますが、
1気圧では、20度以下になると、
水蒸気の分子は、凝固熱のエネルギーを放出して、水になりやすくなります。
凝固熱が与えられたビールジョッキは、汗をかいてぬるくなります。

H2Oは、地球環境では、固体液体気体と変化して、
太陽からの熱エネルギーを、上手に循環させてくれています。

H2O分子一個いっこに感謝しなければなりませんね。

補足

回答ありがとうございます。
質問の仕方が悪かったようですが、お聞きしたいのは
なぜ、振動→摩擦＝熱ではなく、振動＝熱となるか？その理由です。