最終更新日: 2023 年 5 月 8 日

熱と温度の違い

熱と温度は熱力学における 2 つの異なる概念ですが、密接に関連しています。
温度は物体の分子の撹拌の尺度ですが、熱は温度の異なる 2 つの物体間で伝達されるエネルギーの一種です。したがって、温度は物体の熱力学的状態のみに依存する集中量であるのに対し、熱は物質の量と温度変化に依存する広範囲の量です。
言い換えれば、温度は物体の分子の平均的な熱撹拌を測定し、熱は温度が異なる 2 つの物体間で伝達されるエネルギー量を測定します。

温度とは何ですか?

温度は、物体またはシステムの分子の振動を測定する物理量です。
この熱的撹拌は、物体またはシステムの温度に直接関係する分子のランダムな動きに対応します。もっと簡単に言えば、この量は温度計を使用して摂氏 (°C) またはケルビン (K) で測定できます。

物体の熱撹拌温度の方程式は、粒子の平均運動エネルギーに対応します。
E = 1/2m v² ここで、E は粒子の平均運動エネルギー、m は質量、v は平均速度です。

気体の運動理論によれば、以下の方程式は、気体中の粒子の速度が温度とともに増加することを示しています。
v = sqrt((3 * k * T) / m) ここで、T はガスの温度、k はボルツマン定数 (1.38 x 10^-23 ジュール/ケルビン)、m は粒子の質量です。

以下の方程式は、気体中の粒子の平均運動エネルギーが絶対温度 T に比例することを示しています。したがって、熱撹拌温度はシステム温度に直接関係します。
E = (3/2) * k * T ここで、E は運動エネルギー、T はガス温度、k はボルツマン定数です。

熱とは何ですか?

熱は、温度差によってあるシステムから別のシステムに伝達されるエネルギーの一種です。
熱はジュール (J) またはカロリー (cal) で測定され、1 カロリーは約 4.184 ジュールです。それは、伝導（直接接触）、対流（流体の動きによる接触）、または放射（電磁波の形での熱伝達）によって伝達されます。

たとえば厚さ L の平板を通る伝導による熱伝達の場合、フーリエの法則により、板を通って単位時間当たりに伝達される熱量 Q が求められます。
Q = -k * A * (dT/dx) ここで、k はプレートの熱伝導率、A はその表面積、dT/dx はプレートに沿った温度勾配、マイナス記号は熱が高温領域から低温領域に伝達されることを示します。

2 つの流体間の対流による熱伝達の場合、ニュートンの局所熱伝達方程式は、単位時間および単位面積あたりに伝達される熱量 Q を与えます。
Q = h * A * (T1 - T2) ここで、h は熱伝達係数、A は流体間の接触面積、T1 と T2 は 2 つの流体の温度であり、熱は T1 (高温の流体) から T2 (低温の流体) に伝達されるため、マイナス記号は省略されています。

2 つの物体間の輻射による熱伝達については、ステファン・ボルツマンの法則により、温度 T1 で黒体の単位表面当たり放出され、温度 T2 で別の黒体の単位表面当たり受け取る熱量 Q が与えられます。
Q = σ * A * (T1^4 - T2^4) ここで、σ はステファンボルツマン定数 (σ = 5.670 374 419 x 10^-8 W m^-2 K^-4)、A は 2 つの物体の表面積です。
この法則は、物体が完全な黒体であること、つまり、物体に到達するすべての放射線を吸収し、高温の物体から放出される電磁放射線の放出スペクトルを記述するプランクの法則に従う放射線を放出することを前提としています。

注：
熱伝達条件は複雑になる可能性があり、多くの場合、本体の形状、材料の熱特性、流体の流速などの多くのパラメーターに依存するため、これらの方程式は実際に常に適用できるわけではありません。