物理

【アウトプット】熱が高い方から低い方へ移動する理由が分かった

こんにちは!ゆーたろうです。

今日、Postgreでテーブルロックの方法を調べて『PostgreSQLで強制的にロックをかける方法』を見た際、関連記事『社長が「寒い寒い」というので社長席の温度をRaspberry Piで監視してみた。』が気になり寄り道してみたら、【熱伝導で体温が地面に逃げる】という文を見つけました。

そういえば、「なぜ熱は冷えるんだろう?」とずっと疑問だったことを思い出しました。

昔、お風呂のお湯が冷える原理を調べた際、「温度が高い方が比重が軽くて、温度が低い方が比重は重いからお湯内で循環が起こり、冷えていく」と分かったはいいものの、じゃあなぜ比重に重い軽いがあるのか?という疑問が生まれ、それ以来、その疑問を残したままでした。

それが今回、思いがけないところで熱についてキーワードが目に留まったので、いいきっかけだと思い、調べてみました。

知識を資産化するためにも、ブログにアウトプットをしていこうと思います。

そもそも熱が伝わる方法は3種類ある

1.熱伝導・・・物質が熱を運ぶこと
2.熱対流・・・水や空気などの流体が熱を運ぶこと
3.熱放射・・・電磁波などの放射線が熱を運ぶこと

熱の移動 – 熱を伝える3つの方法

なるほど!熱を伝えるといっても、3種類あるんですね。

では、1つずつ疑問を解決していきましょう。

Q1.熱が冷める理由

A1.熱は高い方から低い方へ移動する

ここまでは、自分も昔調べた部分なので理解しています。

Q2.では、なぜ低い方へ移動するの?

A2.高速の分子が低速の分子にぶつかって速度が相殺されるから

高温の状態とは、分子が高速で動いている状態である。

低温の状態とは、分子が低速で(または停止)動いている状態である。

高速な分子はよく動くので様々な分子にぶつかる。

高速な分子が高速な分子にぶつかったり、高速な分子が低速な分子にぶつかったり。このとき、後者の場合はぶつかった衝撃で高速な分子の速度が遅くなり、低速な分子が押されて速度が上がる。

それを繰り返すことで、すべての分子の速度が一定になる。

これを熱平衡という。

熱はなぜ高い方から低い方へ伝わるのですか?の回答を見て、ついに長年の疑問が理解できました。

この現象を、熱力学の第2法則と言ったり、エントロピー増大の法則と言ったりするようですね。

勉強になりました。そして、スッキリしました。

補足 電子レンジについて

熱は、分子の動きによって高温・低温になるということが分かりました。

電子レンジも「分子を振動させて熱を生んでいる」と聞いたことはありましたが、詳しく知らなかったので、いい機会なのでついでに調べてみました。

電子レンジの食品加熱の仕組みを教えてください。をみると、やはり分子を振動させて温めているようです。

分子は分子でも、水分に的を絞って温めているようですね。

マイクロ波は、水分以外をすり抜けるようです。

そして更なる疑問が生まれました。

Q3.水分がないものは、電子レンジでは温まらない!?

この疑問もしっかり知恵袋にありました。

電子レンジは水分を含んでいないものは温まらないですか?

ガラスなど水分がないものは、温めているようです。

ガラスやお皿が熱い!と思っていたのは、温まった食材の熱が伝導してお皿が熱くなっていただけのようでした。

まとめ

  • 熱が伝わる方法は「熱伝導」「熱対流」「熱放射」の3種類ある
    • 熱伝導は、物質が熱を運ぶこと
    • 熱対流は、流体が熱を運ぶこと
    • 熱放射は、放射線が熱を運ぶこと
  • 熱の移動は分子の移動速度によるもの
    • 高速な分子は、高温になる
    • 低速な分子は、低温になる
    • 分子同士がぶつかれば、速度が相殺される
    • やがて、全分子の速度は一定になる
      • これを、熱平衡という
      • 熱平衡になったら、温度は一定になる
  • 電子レンジは、水分の分子をピンポイントで振動させている
    • 振動には、マイクロ波を使っている
    • マイクロ波は、水分以外をすり抜ける
    • 水分がない陶器やガラスなどは電子レンジでは温まらない
      • お皿が熱いのは、載っている食材の熱が伝わっただけ

と、ここまで調べて分かりましたが、温度に重い軽いの比重があるのではなく、分子の移動速度によるものだったのですね。

とても勉強した(気になった)1日でした。