学習目標
- 温度を定義する
- 華氏温度スケールを説明する。
- 摂氏温度目盛を説明する
- ケルビン温度目盛を説明する
温度とは
ストーブをつけた後にストーブの上を触ると熱く感じます。 アイスキューブを手に持つと、冷たく感じます。 なぜでしょう？ 熱い物体の中の物質の粒子は、冷たい物体の中の物質の粒子よりもはるかに速く動いています。 物体の運動エネルギーとは、運動によるエネルギーのことです。
温度は、物質中の粒子の平均的な運動エネルギーの尺度です。 日常的には、物体がどれだけ熱いか、あるいは冷たいかを示す尺度を意味します。 温度は、化学において重要なパラメータです。 物質が固体から液体に変化するのは、物質の温度が上昇したからである。 化学反応は、温度が高いほど速く進行する。
図1.
Temperature Scales
Figure 2.のようになっています。 ダニエル・ガブリエル・ファーレンハイト
最初の温度計はガラス製で、アルコールが入っており、温度の変化に応じて伸縮していました。 ドイツの科学者、ダニエル・ガブリエル・ファーレンハイトは、イスマエル・ブリアウのアイデアで水銀をチューブに入れて使用しました。 Fahrenheitスケールは1724年に初めて開発され、その後もしばらく検討された。 このスケールの最大の問題点は、温度の定義が恣意的であることだ。 水の凝固点は32°F、沸点は212°Fと定義されていました。
図3. Anders Celsius.
メートル法のセルシオ・スケールは、スウェーデンの天文学者Anders Celsius(1701-1744)にちなんで名付けられました。 摂氏尺度では、水の凝固点と沸点をそれぞれ0℃と100℃に設定しています。 この2点間の距離を100等分し、それぞれを1度としている。 水の凝固点と沸点の間が100度あることから、「摂氏」と呼ばれることもある。
図4：ケルビン卿。 ケルビン卿
ケルビン温度目盛は、スコットランドの物理学者・数学者であるケルビン卿(1824-1907)にちなんで名付けられました。 ケルビン温度計は、スコットランドの物理学者で数学者のケルビン卿（1824-1907）にちなんで名付けられたもので、分子運動に基づいており、すべての分子運動が停止する温度を0K（絶対零度）としています。 ケルビンスケールでの水の凝固点は273.15K、沸点は373.15K。
両者の差が100ケルビンであることからもわかるように、摂氏の1度の変化は、ケルビンの1ケルビンの変化に相当します。
図5. 3種類の温度スケールの比較
摂氏温度スケールと華氏温度スケールの変換は、少し難しいですが、それでもそれほど難しくはありません。
摂氏から華氏に変換するには、華氏の温度から32を引き、1で割ります。
displaystyle\\{T}_{text{C}}=\frac{T}_{\{F}}-32}{1.8}
Summary
- 温度は物質中の粒子の平均運動エネルギーの尺度である
- 華氏尺度では水の凝固点を32°F、沸点を212°Fとしている。
- 華氏尺度では、水の凝固点を32°F、沸点を212°Fとし、摂氏尺度では、水の凝固点を0°C、沸点を100°Cとしています。
- ケルビン尺度では、分子運動に基づき、すべての分子運動が停止する温度を0K（絶対零度）としています。
Practice
以下のリンクを参考にして、以下の質問に答えてください：
http://www.visionlearning.com/library/module_viewer.php?mid=48
- ファーレンハイトが温度計を0度にするために使った混合物は何ですか？
- 科学的な作業では、なぜ華氏スケールよりも摂氏スケールが好まれるのでしょうか？
- ケルビン温度スケールが制定された背景には、どのような考えがあったのでしょうか？
- 低温でケルビンスケールを使用する利点は何でしょうか？
おさらい
- セルシオ温度目盛での絶対零度とは？
- セルシオ温度目盛での水の凝固点と沸点とは？
- 以下のケルビン温度を摂氏に換算してください。
- 188K
- 631K
- 華氏の温度は、まず32を引き、次に1.8で割ると摂氏に換算できます。 暖かい日（88°F）の外気温の摂氏は何度でしょうか？
- なぜ摂氏の尺度が「摂氏」と呼ばれることがあるのでしょうか？
Glossary
- 運動エネルギー。 運動によるエネルギー
- 温度。 物質中の粒子の平均運動エネルギーの尺度。 日常的には、温度とは物体がどれだけ熱いか、冷たいかということである
- 温度スケール。 温度を定量的に測定する方法。