熱エネルギー

熱は仕事と同じく、エネルギーの「移動形態」の一種です。

「熱」は温度の異なる二つの物質が接触したときに生じるエネルギーの移動です。
熱エネルギーは必ず温度の高い方から低い方へと移動します。

数式で表せるものには次の 2 例があります。

ヒーター(抵抗)に電流を流したときの発熱

  q = VIt

q : 発生熱量(J)
V : 電圧 (V)
I : 電流 (A(アンペア) = C s−1)
R : 抵抗値 (Ω (オーム))
t : 通電時間 (s)

抵抗(ヒーター)に電流を流すと高温になり、周囲に熱を放出します。そのときの発熱量 q は上式のように

電圧 × 電流 × 時間 と表せます。

MKS単位系に従うと、得られる結果は J (ジュール)単位になっています。

抵抗値 R と、電圧、電流はオームの法則に従います。

  V = IR  
(オームの法則)

物体を温めるのに必要な熱

  \Delta E = C_v \Delta T  

  \Delta E = C_p \Delta T

Cv : 定容熱容量 (J K−1)
Cp : 定圧熱容量 (J K−1)
ΔT : 温度差 (K)

熱容量(Cv, Cp)は物体の温度を1 K(ケルビン) 上げるのに必要なエネルギーを表しています。

物質の温度を上げるには、上式のように

熱容量 × 上昇温度

だけのエネルギーを外から加えてやる必要があります。

高い温度にある物質は大きなエネルギーを持っており、(そのエネルギーの正体は物質を構成する分子の運動エネルギー)
それより低い温度の物体と接触させることで、そのエネルギーを取り出すことができます。