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摂氏温度

 どうもこんばんはライネです。
 ついこの前まで寒いと思っていたのに、急に暑くなってきました。
 私の地元では、一年中あまり大きな気温の変化はなかったので、
 メリハリのあるこちらの気候は嫌いではないのですが、
 それにしても急に気温が変化すると、身体の調子もわるくなりそうです。


 そんな気温ですが、昨日の説明のとおり、日本ではセルシウス度というものが使われています。
 よく考えると解ることですが、温度に限らず距離でもなんでも単位というものは、
 人間が考えることで初めて形を持つわけです。

 前に1mの定義1秒の定義を説明したことがありますが、
 温度もこれとまったく同じように、長い歴史をかけて現在の形になったそうです。
  

 温度の本質は、私の知る科学では説明するのが少々大変なので、いつかさわるとして、
 温度の目盛の開発はずっと昔から行われてきたそうです。

 今日は昨日の続きで、セルシウスさんによる温度の目盛、つまり「摂氏温度」がどういうものか、
 調べてみましたのでお付き合いください。

 簡単に言ってしまうと、摂氏温度は「水」という基準を使った目盛です。
 これが作られたのは今から300年近く前の話なので、後で説明する通り、
 現代の基準とは少し違う所はありますが、0度を「水が氷る温度(氷がとける温度)」、
 100度を「水が蒸発する温度」として、それを100等分したものが摂氏温度ということになります。

 ちなみに、現代ではどう違っているのかと言いますと、
 より広い分野で温度を表現する際に使い勝手の良い「ケルビン」というものに合わせた結果、
 水が沸騰する温度は「摂氏99.974度」ということになっているそうです。
 ケルビンについてはまた今度説明したいと思います。

華氏温度

 どうもこんばんはライネです。

 「今日は雨が降っていますが、気温は70度くらいありますね」
 一見間違っている気がすると思いますが、あながち間違いでもありません。


 そもそも温度の目盛は広く一般的にセルシウス度(摂氏温度)がつかわれているものの、
 アメリカなどでは、ファーレンハイト度(華氏温度)というものが使われています。


 その前に、温度の目盛についてなのですが、
 摂氏温度は、水が氷になるところを0度、水が水蒸気になるところを100度として、
 その間隔を100等分したものです。

 このように、温度の目盛は任意の2つの温度を定義して、
 それを何等分するか決めることで作られています。



 ためしに、フラトゥース度(浮氏温度)を作ってみましょう。
 とりあえず目的がないと難しいので、地球の気温を計測しやすいようなものにしてみます。

 地球上で記録された最低気温はロシアのオイミャコンの「-67.8℃」で、
 同最高気温はイラクのバスラの「58.8℃」だそうです。
  ※前者は1933年2月6日、後者は1921年7月8日のもの。

 「摂氏-67.8度」を「浮氏0度」、摂氏58.8度」を「浮氏100度」にして100等分してみます。
 摂氏計算で2つの温度の差が126.6度で、これを100等分ですので、
 浮氏温度の1度は、摂氏温度の1.266度ということになりますね。

 ということは、今日の気温を摂氏20度とすると、
 「摂氏-67.8」から「摂氏20度」の差が摂氏温度の目盛で「87.8度」あるので、
 これを1.266度で割って、「浮氏69.4度」といったところですか。
  
 ほらね、浮氏温度なら今日の気温は70度くらいになったでしょ?



 話を戻してファーレンハイト度ですが、定義上のこちらの基準は
 水が氷になるところを32度、水が水蒸気になる所を212度として、
 その間隔を180等分したものだそうです。

 なんだかすごく中途半端ですね。
 実は「ガブリエル・ファーレンハイト」さんがこの目盛を作った時には、
 こんな定義ではなかったそうです。

 諸説あるので一番わかりやすいもので言うと、冬の一番寒い日の気温を0度、
 自分の体温を100として、その間隔を96等分(12等分したものをさらに8等分)したもの。
 なのだそうです。
 さらに中途半端な気もしますが、このファーレンハイト度には便利な所もあります。


 このファーレンハイト度は、中途半端とはいえ、すごく寒い日の気温と体温を基準としていますが、
 人間の体温というのは、かなり暑い日の気温に近いものがあります。

 実はファーレンハイト度の方向性は私が作ったフラトゥース度に近いものがあるわけです。
 その結果、地球上(特にヨーロッパ)の気温を0度から100度の間で表現できるという良さがあります。

 また、ファーレンハイト度の1度は、セルシウス度にすると大体0.5度で、
 この0.5℃というのは、エアコンの温度設定と同じです。
 Wikipediaによれば人間にとって0.5℃という気温の変化は感じやすいものなのだそうで、
 それを信じれば、ファーレンハイト度は人間にとって1度の変化がわかりやすいと言うことになります。
 

 ちなみに、ファーレンハイト度を日本語では「華氏(かし)」と呼んでいますが、
 おそらくこれは、ガブリエル・ファーレンハイトの「ガ」を漢字にしているのでしょう。
 と、思いましたが、調べたらファーレンハイトの中国名の「華倫海特」からなのだそうです。
 
 記号でいうと、「°F」と表現します。
 浮氏温度も英語の頭文字がFになってしまうのですが、困ったものです。

緯度が変わると気温が変わる

 どうもこんばんはライネです。
 気温について説明しようと思いつつ、
 実は温度についての説明しかしていないという衝撃の事実!

 突き詰めて言えば、もっと複雑な世界があるようなのですが、
 そろそろ気温の話をしていきましょう。


 まず、地球上での気温は緯度による違いが大前提です。
 言葉で言うならば、低緯度側は気温が高く、高緯度側に行くほど気温は低くなります。


 地球上の気温の大部分が太陽によってもたらされています。
 大部分とは言いましたが、普通に考えてほぼ100%に近いと言ってもいいかもしれません。
 100%ではないのは、地球内部からの熱もほんの少しは影響しているはずだからです。

 少なくとも現在の地球全体の気候を考える場合は、
 太陽以外の熱源は無視して構わない程度なので、細かい話は置いておきましょう。


 
 というわけで、緯度によって気温が変わる原因もやはり太陽が関わってきています。
 正確に言うと、太陽は均等に熱(になるエネルギー)を送っているハズなのに、
 地球が丸いために地域差が生まれるわけです。


 もうちょっと噛み砕いて説明すると、
 熱になるエネルギーは同じでも、広い範囲でそのエネルギーを受けると、
 それは分散されてしまい、温まりやすさに違いが生じます。

熱の分散


 これを地球に置き換えてみます。
 太陽からやってくるエネルギーが等間隔のピンクの線です。
 そして地球の表面を見てみると、確かに低緯度側は狭い範囲でエネルギーを受けているのに、
 高緯度側に行くと、広い範囲でエネルギーを受けることになります。

緯度と気温


 どうやらこれが緯度による気温の違いということなのだそうです。

「温かさ」と「熱」の違い

 先生がどこからかもらってきた
 キャンディーコートピーカンナッツチョコレートですが、
 思わずどこで買えるか調べてしまう程の美味しさ!
 ハンターハンターで言う所の、死にかけた王が食べたあれレベルです。

 どうもこんばんはライネです。


 気温は太陽からやってくるエネルギーによって決まるという話をしましたが、
 やっぱりもう少し「温かさ」そのものの話をしなければならないようです。

 10月30日の「相転移ってこういうこと?」で、少し触れたことがあるのですが、
 「物の温かさ」なんていう特に説明もなく理解できるものほど、
 何でそうなっているのか知ろうとしないものです。
 私も今回、そういわれて見ると「温かさ」って何なのだろうと思ってしまいました。


 やはり科学分野に関して言えば、こちらの世界の知識にかなうはずもなく、
 私の持てる限りの想像力を最大限に回して、難しい本を読んでみました。
 足りないところもあると思いますが、ざっくりと「温かさ」について説明したいと思います。


 まず、根本的な勘違いをひとつ正しておきますが、
 「温かさ」と「熱(エネルギー)」はちょっと別のものなのだそうです。
 日本語だとこのへんが同一視されているので、勘違いしてしまいますね。
 私の感覚でもこれを区別することはありませんでした。
 今回の記事では、これを分けて話していきます。


 そもそも「温かさ」の正体は、物を構成するものすごく小さな原子の動きなのだそうです。
 エネルギーをあげればあげるほど、元気に原子が動きます。
 この「温かさ」を生むエネルギーを「顕熱」と言います。


 ご飯(顕熱)をたっぷり食べた子供は、猛烈に走り回るようになって、
 どんどん部屋が暖かくなる的な理屈だと解釈しました。

 ちなみに、エネルギーがたっぷりある状態でも、
 部屋が広ければどんなに動いても全然部屋は暖かくなりませんが、
 部屋が狭くなれば、ちょっと動いただけれも暖かくなるそうです。



 10月30日の記事では、これを逆に考えて、走らないように部屋を小さくすれば、
 エネルギーが高くても原子が動きにくくなって、固体になるという話でした。

 さて、ここで少し難しい話になるのですが、
 エネルギーをたくさん与えて水が100℃で水蒸気になる時、
 実はどんなにエネルギーを加えても、全ての水は100℃のままなのだそうです。

 これを「潜熱」と言いまして、物質の相を変えるためにエネルギーが使われてしまうため、
 「温かさ」そのものは変化しないそうなのです。

 おなか一杯の子供を走り回らせるのではなく、座らせて勉強させるような感じですかね。
 他のことにエネルギーを使うので、部屋の温度が変化しないと解釈しました。
 

 ということで、物質の相も「温かさ」もエネルギーと圧力の関係によって変化する物の様です。

絶対零度って何?

 コンビニから「感じる巨峰」が無くなって寂しい思いをしていたら、
 「感じるライチ」が登場していました。
 感じる巨峰と同じように、小さいナタデココが入っていて、食感も楽しめるやつです。

 私は本物のライチを食べたことがないので、良く解らなかったのですが、
 先生が言うには、もう少し固形成分(ナタデココ)を大きくするか、
 味をほんの少しだけ薄めた方が本物そっくりになると言って、
 水で薄めて飲んでいました。 
 
 どうもこんばんはライネでございます。


 昨日の話はかなり手探りのままだったのですが、
 あとで読み返してみたら、なんとなく理解できた気がします。
 今日は昨日の説明で、気になったことをまとめてみたいと思います。
 これで熱の話は完璧になるといいな。


 昨日の理論だと、分子の動きが「温かさ」を生み出すのならば、
 動きが活発になればなるほど高温になるわけです。

 活発さ(温度)には限界があるのかと思って調べてみると、
 限界がない訳ではなさそうなのですが、
 現在の物理学では「1のあとに0が30個くらい」の温度が
 意味のある温度としては最高値なのだそうです。
 
 
 もう私が知っている数字では数えきれないほど高温です。
 それに対して、一番低い温度というのは、意外と近いところに限界があるそうです。


 そもそも普通はどんなものでも「温かさ」があります。
 「温かさ」というと触れるとこちらが暖かくなるもののイメージがありますが、
 今私が触っているキーボードも、氷のように冷たくないということは、
 そこそこの「温かさ」があるわけです。


 「温かさ」が全くないという状況はつまり、物質の中の原子が全く動いていない
 という状況でもあるので、これを「絶対零度」と呼び、「-273.15℃」にあたるそうです。

 なお、この絶対零度を基準として、セルシウス度と同じ目盛で増えていくのが、
 ケルビン(K)という単位です。


 -273.15℃なんてものは、触ったら無事じゃすまないものなわけで、
 もちろん普段の生活で触れたことのある人はいないでしょう。

 数えきれないくらい上限の高い温度に対して、下限はなんだか身近に感じられる温度なのですが、
 言い換えれば私達の動きは、それほど活発じゃないというわけなのでしょうね。

 ちなみに、身近とはいえ絶対零度という温度は、まだ人間が作ることが出来ないそうです。
 仮に出来たとしても、それを長い間継続し続けることはできないでしょう。


 追伸・今回のテーマに興味を持った人は、「温度の比較」動画を見てみると面白いかも。
プロフィール

ライネ

Author:ライネ
ライネと申します。
先生の家に居候するラザフォード人です。
現在この世界のことを勉強中。
リンクとかもろもろ含めて商業的利用以外ならご自由にどうぞ。面白そうな企画には飛び乗ります。

合言葉は「真面目な事を不真面目に!」
記事の真偽は自己責任でお願いします。

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