温度について

質問

ものの「温度」は各原子の中の電子の運動速度に対応すると
聞いたことがあります。高温では電子の運動はさかんで、
低温では、例えば絶対零度では、電子は止まっていると
考えられると思います。

すると、扇風機の風はどうなるのでしょう。扇風機が
なぜ涼しいかというと、体の表面についた温まった
空気を風が払いのけることによって、人間が涼しさを
低温を感じるのです。

この話と上述の電子運動とは関係がないのでしょうか。
扇風機の風も台風も、大きな意味で、電子の運動は
相対的にすごい運動量になりますが・・・。それとも
扇風機や台風で送られる空気の原子そのものの電子運動は
それほどでないということなのでしょうか？

回答No.6

First_Noel · ベストアンサー

通常我々の感じる温度は「原子温度」又は「分子並進温度」でしょう．
この温度は，原子や分子の（並進）運動エネルギーの分布の幅を決定します．

理想的な平衡状態の場合，これらの温度は電子温度とも一致します．

太陽コロナは電子温度で１００万度程度です．
しかしそこに行っても恐らくやけどはしないでしょう．
これは温度が高くても電子数が少ないので，熱容量が大変小さいことに起因します．

また，汗をかいて扇風機にあたると涼しいですが，
むしむしした中では余り涼しくありません．
これは扇風機が汗の蒸発を促進して，蒸発熱を体から
奪うことに起因します．

原子温度，電子温度，熱容量，体感温度・・・
そんなこんながいろいろあって，最終的に「涼しい」「暑い」と感じることになります．

＞扇風機の風も台風も、大きな意味で、電子の運動は
＞相対的にすごい運動量になりますが・・・。

マクロな運動と電子温度とは，殆ど関係がありません．
ただ，空気の動きを促進するエネルギーがあって，
空気分子同士の衝突が激しければ，原子（分子並進）温度が
上昇しますし，熱平衡により電子温度も上昇します．
ただ，この程度の上昇は，ちょっと電気回路がショートして
ぱちっとなる，或いはセーターをぬぐときの静電気による放電の方が，
遙かに電子温度は高くなります．

お礼

大変詳しい説明をありがとうございました。

回答No.7

First_Noel

追記失礼します．
実例をあげますと，扇風機で風をびゅんびゅんしても
電子温度は恐らく室温程度（３００Ｋ程度）ですが，
蛍光灯の中だと１００００Ｋとかそんな程度になってます．

お礼

補足説明、どうもありがとうございました。

補足

蛍光灯の中だと１００００度Ｋもあるなんて、まったく
思いもよりませんでした。
その割には、蛍光管を手で触れるのは不思議ですね。

回答No.5

hagiwara_m

運動のエネルギーにも、温度に関係するものと、しないものがあります。接触した（不特定の）物体との間でやり取りされ（結果として双方の温度を変え）得る運動エネルギーだけが、温度に関係します。この資格を持つのが、No.3の方が言われるランダムな運動の成分です。

例えば、コマをいくら高速回転させても温度を上げたことにはなりません（空気との摩擦熱の効果は僅かにありますが）。

お礼

厳密な視点からのコメント、ありがとうございました。

回答No.4

excellent

熱い風って知ってますか？

体温より熱い国では車などクーラーが無くても、窓を閉めて走ります。
風は、熱を奪うため風があると熱くて我慢が出来ないのです。

体感温度だけで判断するのは、難しいですね。

補足

体感温度で判断できないということがわかりました。

回答No.3

ElectricGamo

温度にはいろいろな定義があって、質問者さんの言ってるのは、電子温度のことしょう。

温度とは、気体分子の持つランダムな運動エネルギー(熱エネルギー)に比例します。

台風や扇風機により、気体が流れている場合には、気体分子は一様な流れの中をそれぞれがランダムに運動していますので、気体の持つ運動エネルギーは、一様な運動エネルギー＋ランダムな運動エネルギー(熱エネルギー)です。

ですので、温度を考える時は、流れと一緒に動いている座標系から見ないといけません。

それはおいておいて、流れている空気を塞き止めて、流れの運動エネルギーをすべて気体の熱エネルギーに変換させた場合に温度がどうなるのか具体例をあげて求めてみましょう。

温度 300 K の空気(音速 340 m/s とすると)が

10 m/s で流れている時にそれを塞き止めると

　　300*(1 + 0.2 * (10/340)^2)=300.05 K

なので(多分)人間には分かりません。

100 m/s (時速360km) ですと

　　300*(1 + 0.2 * (100/340)^2)=305.2 K

になるので高くなりますが微々たるものです。

しかし、仮に マッハ2 (680 m/s)だとすると

　　300*(1 + 0.2 * 2^2)=540 K

になって熱くなります。脱線しますが、アルミ系の材料が多い飛行機の速度の上限が M=2 ぐらいなのはこのためです。

お礼

数値例など含め参考になりました。
どうもありがとうございました。

回答No.2

noname#25358

まず、原子の温度が低い状態では、物体の運動そのものが停止しています。
　電子の速度は変わりません。（もし電子が停止したら、遠心力を失って原子核の重力に引き寄せられて潰れ、重力崩壊してしまいます(笑)）

　そして、扇風機は周囲の暑い空気を払いのけるだけで涼しくしているわけではありません。
　人間の表面についた水分に運動エネルギーを与える役目も同時に果たしています。このときエネルギーを与えられた水分は気化し、結果として身体の表面温度は下がるわけです。
　空気の蒸し暑いじめじめした日でも、風が吹けば涼しいのはそういう理屈です。

　よって、原子の運動エネルギーと扇風機の間には、ある程度関係があるといえます。

お礼

実感から理屈（物理）への橋渡し、ありがとうございました。

回答No.1

Freeuser

＞ものの「温度」は各原子の中の電子の運動速度に対応する

温度は、気体分子の持つ運動エネルギーに比例するはずです。

気体分子が激しく動いていれば熱く感じる。遅かったら冷たい。

その辺の酸素や窒素の分子の運動速度は、平均すると毎秒数百メートルくらいのスピードが出てるので、扇風機や台風くらいじゃ誤差範囲にしかならないでしょう。

参考URL：

http://plaza24.mbn.or.jp/~mizuho_h/physics/physics1-4.html

お礼

分子の運動速度がそんなに速いとは知りませんでした。
「誤差の範囲」なのですね。
どうもありがとうございました。