熱力学温度

熱力学温度 thermodynamic temperature
量記号	T
次元	Θ
種類	スカラー
SI単位	ケルビン (K)
プランク単位	プランク温度 (TP)

熱力学温度（ねつりきがくおんど）は、熱力学によって定義される温度のひとつ。熱力学的温度（ねつりきがくてきおんど）と呼ばれることも多い。単位はケルビン（記号: K）。絶対零度（熱力学温度が 0 K）の基準点が存在するため、絶対温度（ぜったいおんど）とも呼ばれてきた。

概要

絶対零度のとき、古典力学的な意味での熱運動は全て停止する。そして、熱力学温度は絶対零度（0K）を下回ることはない（統計力学では0K未満の負温度が存在する）。1968年の国際度量衡総会 (CGPM) で、水の三重点 (0.01℃) を 273.16 K と定義したため、熱力学温度とセルシウス温度の目盛の幅（1度の温度差）は等しく、相互の値には「熱力学温度/K = セルシウス温度/℃ + 273.15」の関係が成立する。

他の温度は、物質の膨張などの物性に基づいて定義されているため、その物質の特性に依存する。一方、熱力学温度にボルツマン定数の 3/2 倍を乗じた値が物質粒子1個がもつ熱運動のエネルギーの平均に相当することからもわかるように、個々の物質の特性ではなく物理法則に基づいて定義されている。したがって物理や物理化学の本で、熱力学に基づいた式に温度が出てきた場合は、特に断らなくとも熱力学温度をさす。

単位換算

ある点における熱力学温度が T [K]、セルシウス温度が θ [℃] のとき、2つの温度の間には次の関係が成り立つ。

$T/\mbox{K} = \theta/^\circ \mbox{C} + 273.15$

これは定義式である。

換算式としては「0 ℃ = 273.15 K」というものもしばしば見るが、例えば、セルシウス温度100℃におけるケルビン温度の値がわからないため2つの温度の関係の定義とはなり得ず、変数を用いることによって、ひとつの式で定義全体を言い表すことができる。

基本的な考え方

2つの系が接触し、自然に一方から他方に熱エネルギーが移動したとき、2つの系の間には温度差があると考える。逆にいえば、温度差が存在すれば熱量の移動が起こって、しばらくすると二つの系の温度は一致するようになる。これを熱平衡という。

温度平衡を保ったまま（等温過程）で熱量の移動があったとき、温度 T は熱量の移動 dQ とエントロピーの変化 dS の間の比例係数として定義できる。

$dQ = TdS\,$

統計力学における定義

統計力学では系のエントロピー S

$S=k\ln{}W\simeq{}k\ln\Omega$

とエネルギー E とを用いて、温度 T は次のように定義される。

$\frac{1}{T} = \frac{dS}{dE}$

また、次のように定義される β を逆温度と呼ぶことがある。

$\beta = \frac{1}{kT}$

関連項目

• 負温度 - 0ケルビン未満の熱力学温度
• 温度の比較 - 表による比較