絶対温度とは

絶対温度とは、ゼロから始まるスケールを使用して測定された温度であり、そのゼロは理論上到達可能な最も低温の温度です。 華氏スケールと摂氏スケール、または摂氏スケールから派生した2つの一般的な絶対温度スケールがあります。 前者はランキンスケールで、後者はケルビンスケールです。 まだ通常の目的に使用されていますが、摂氏と華氏の両方のスケールは、その下端の値がゼロ未満であり、計算科学の目的にはあまり望ましくありません。 ゼロ度のランキンは摂氏ゼロ度と同じです。

簡単に言えば、温度は、オブジェクトが他のオブジェクトと比較してどれだけ暑いか、または寒いかを示す指標です。 気温は季節や状況に応じて変化するため、比較を可能にするために中間のグラデーションを備えたスケールが開発されました。 有用なスケールを作成するには、2つの固定小数点が必要です。これは、グローバルで不変の標準です。 標準的な温度スケールの基礎となる論理的な選択は水でした。それは、豊富でアクセス可能で、特定の温度で状態が変化し、容易に精製できるためです。 ただし、前述のように、温度は熱に関係し、熱は原子および分子の動きに基本的なレベルで関係しています。

エネルギーは、電子励起、低軌道状態から高軌道状態への電子の移動など、さまざまな方法で原子や分子に吸収されます。 ただし、一般的に、エネルギーは吸収され、原子または分子全体の動きを増加させます。 そのエネルギー、つまり「運動」または運動につながるエネルギーは運動エネルギーです。 運動エネルギーを熱に結び付ける方程式があります。E= 3/2 kT、ここでEはシステムの平均運動エネルギー、kはボルツマン定数、Tはケルビン度で表した絶対温度です。 この計算で、絶対温度がゼロの場合、方程式は運動エネルギーまたは運動がまったくないことを示していることに注意してください。

これは、上記の古典的な物理方程式が示すものではありませんが、実際には絶対温度0度では、ある種のエネルギーがまだ存在しています。 残りの動きは量子力学によって予測され、「ゼロ点振動エネルギー」と呼ばれる特定の種類のエネルギーに関連付けられています。 定量的に、このエネルギーは、量子調和振動子の方程式から、ハイゼンベルグの不確定性原理の知識を使用して数学的に計算できます。 その物理学の原理は、非常に小さな粒子の位置と運動量の両方を知ることは不可能であるため、位置がわかっている場合、粒子は微小な振動成分を保持する必要があることを示しています。