熱運動と内部エネルギー

1 / 10 ブロック10%

イントロ

同じ温度でも、同じエネルギーとは限らない

温度は粒子の動きの激しさを表す手がかりです。内部エネルギーは、物体をつくる粒子全体に関わるエネルギーなので、物質の量も効いてきます。

定義

教科書では: 物体をつくる粒子の熱運動などに関わるエネルギーの総和です。
言いかえると: 温度が高いほど粒子の熱運動は激しいと考えます。ただし、内部エネルギーは粒子全体に関わる量なので、同じ温度でも粒子の数が多い物体ほど大きくなりやすいです。温度は平均的な様子、内部エネルギーは全体の量として読み分けます。

要点

熱運動の激しさを見るなら温度、物体全体にどれだけエネルギーが関わるかを見るなら内部エネルギーです。問題文の『同じ温度』だけで判断しないのがコツです。

比較

見るもの注目点

見るもの物質の量

見るもの例

同じ温度でも、粒子の数が違えば内部エネルギーは同じとは限りません。

例

場面: 40℃のコップの湯と、40℃の風呂の湯を比べる。
順に考えると: 温度はどちらも40℃なので、粒子の熱運動の激しさの目安は同じです。しかし風呂の湯は水の量がずっと多く、粒子の数も多いので、全体としての内部エネルギーは大きくなります。少量の湯では温められるものが限られても、大量の湯なら周囲へ渡せるエネルギーも大きくなります。
ここが結論: 同じ温度でも、物質の量が違えば内部エネルギーは同じではありません。温度だけで結論を出さず、粒子の総数や状態も見ることが大切です。

注意

確認

同じ40℃のコップの湯と風呂の湯で、内部エネルギーが大きいと考えやすいのはどちらですか。

まとめ

次に進む

理解がつながる順で、次のトピックへそのまま進めます。

セルシウス温度と絶対温度の関係を、換算式と温度差の読み方にしぼって物理基礎向けに整理します。