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温度の単位の華氏温度°Fと絶対温度K

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電源の仕様書の動作温度や保存温度は摂氏℃で表されますが「温度の単位」は他に華氏温度絶対温度があります。

摂氏温度(℃):普段日本で使われている単位
華氏温度(°F):アメリカやヨーロッパなどで使われている単位
絶対温度(K):熱力学や物理学で使われている単位

アメリカや欧州で使われる「華氏温度°F」は、普段の暮らしの中で負の値が出ないように塩化アンモニウムと水と氷で作った寒剤の温度を0°F,ヒトの体温を96°Fとしました。その後,より安定した基準にするため水の凝固点を 32°F,沸点を 212 °Fと改め、その間を180等分したものと定めています。

家庭用冷蔵庫の冷凍室の温度はおよそ 0 °F です。冷凍室の温度は,IEC(国際電気標準会議)規格,JIS(日本工業規格)によって, -18 ℃(以下)と定められています。

面白いのが華氏温度はオランダの物理学者ガブリエル・ファーレンハイト(1686年〜1736年)が考えた単位です。華氏(温度)というのは,ファーレンハイトの中国語表記「華倫海」に名前につける敬称の「氏」をつけたものです。つまり,ファーレンハイトさんの温度という意味だそうです。なぜ中国語表記にするのかが謎ですが・・・。

 

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絶対温度K(ケルヴィン)とは

温度の一番低いのは摂氏でいうと-273.15℃で、これ以下になる温度はありません。物質の原子や分子が運動していない完全に止まっている状態が-273.15℃で、これ以上原子や分子が止まることはないからです。将来-273.15℃より低い温度が発見されると思いますが現在の科学では-273.15℃が一番低い温度です。

この-273.15℃を0度としたのが「絶対温度(K)ケルヴィン」です。学問的な領域の熱力学や物理学では「絶対温度のK(ケルヴィン)」が使われます。摂氏0℃=273.15Kになり、摂氏の1度と絶対温度の1度は同じ幅です。これに対し摂氏の1度と華氏の1度の幅は違います。

摂氏温度を絶対温度にするのは簡単です。摂氏温度℃に273.15をたせば絶対温度になります。
摂氏40℃は絶対温度でいうと40+273.15=313.15Kです。

ケルヴィンは絶対温度を考えたケルヴィン(1824年〜1907年)の名を取ったのですが、実は本名はウイリアム・トムソンと言います。イギリスの物理学者で熱力学の開拓者の一人です。トムソンは爵位をもらい(男爵)住んでいた近くの川の名前がケルヴィン川だったのでケルヴィン卿と呼ばれていました。そのケルヴィン(K)が温度の単位になりました。

 

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オンネスの超電導現象

物の温度を下げるのは家庭用冷凍庫ですと-20℃くらい、シベリアへ行っても-60℃くらいまでしか下がりません。-273.15℃まで金属をどうやって下げたのかわかりませんが、少しづつ熱を取っていく方法が熱力学にあるようです。

オランダの片田舎に生まれたヘイケ・カマリン・オンネス(1853年〜1926年)は金属の温度を下げて電気抵抗を計る実験をコツコツしていました。物質の温度が高いほど動きやすいのですが、金属の温度が低くなれば物質の原子が動きにくくなります。

 

ケルヴィン卿は絶対0度では電子が流れなくなり金属の抵抗が大きくなると考えていましたが、反対にオンネスは金属の温度が低くなるに従って電気抵抗が小さくなり、絶対零度では0になると考えました。

オンネスは毎日毎日、少しづつ金属の温度を下げていったのですが抵抗値も直線的に下がっていきました。ある日、絶対0度(-273.15℃)になる少し前の4.2Kで突然電気抵抗が0になったのです。オンネスは最初電極がショートしたと思ったようですが、すぐに電気抵抗が0になったのだと気づきました。これがまさに超伝導現象を発見した瞬間で、これでオンネスは1913年にノーベル物理学賞を受賞しました。

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