冷たいレモネードは温かくなりますが、温かいお茶はしばらく置いておくと冷たくなりますが、これは熱が常に高温の物体から低温の物体へと移動するためです。冷たい飲み物を置いておくと、周囲の空気の熱で体が温まります。温かい飲み物を放置すると、飲み物の熱が周囲の空気に伝わり、飲み物が冷たくなります。
ジムでの激しいワークアウト セッションから戻った後は、冷えたレモネードのグラスに勝るものはありません。それと同じように、雨の日にベランダに座って温かいお茶を飲むと、気分がすっきりします。しかし、これらの愛されている飲み物は両方とも、かなり面倒ですが、興味深い特性を持っています。前者は暖かくなり、後者はしばらく放置すると冷たくなります。
なぜそれが起こるのですか?
短い答え: 熱は常に高温の物体から低温の物体に移動するためです。
熱力学について少し
熱と温度について話すとき、必ず出てくる用語の 1 つに「熱力学」があります。最初は少しオタクに聞こえるかもしれませんが、実際には非常に基本的なものです。熱力学は、システムのエネルギーと仕事を扱う物理学の分野に付けられた名前です (「システム」は、一杯のお茶から宇宙全体まで、何でもかまいません)。熱力学について注目すべきことの 1 つは、主に系の巨視的な応答、つまり物理実験で観察および測定できる応答を扱うことです。
運動の 3 つの法則 (アイザック ニュートンが提唱) と同様に、熱力学には 4 つの法則があり、エネルギー、温度、エントロピーなどの特定の物理量が特定の条件下でどのように動作するかを説明します。この記事の範囲では、熱力学の第 2 法則のみを考慮する必要があります。
ただし、その前に、第 2 法則の非常に重要な側面を理解する必要があります…
エントロピー
第 2 の法則は、「エントロピー」と呼ばれる可変状態に基づいています。高校の理科の授業で習ったことでしょう。これは多くの解釈を必要とする概念ですが、今のところ、最も一般的な定義、つまり巨視的システムの「障害」の測定について知っておく必要があります.
大局的に考えると、次のことを考えてみてください。チョコレートでいっぱいの箱があるとします。箱を激しく振ると、すべてのチョコレートが元の位置からずれて、箱内の別の場所に着地します。特定のチョコレート片が存在できる位置の数は非常に多いため、ボックス内のチョコレート片はすべて高いエントロピーを持っていると言えます。
技術的に言えば、エントロピーは、問題のシステムが特定の固定された組成、エネルギー、圧力、体積、および温度を持っている場合に、システムがいくつの異なる微視的状態になり得るかの尺度です。エントロピーは通常「S」で表されます。
熱力学の第二法則
まず、熱力学第二法則が実際に何を言っているのかをお話ししましょう。孤立したシステム (他のシステムと相互作用しないため、周囲の影響を受けないシステム) の総エントロピーは、常に時間の経過とともに増加するか、システムが可逆プロセスを経ているか存在する理想的なシナリオでは一定のままであると述べています。安定した状態で。
簡単に言えば、これは、物理プロセスが不可逆的である場合、そのエントロピーが増加する必要があることを意味します。熱エネルギーの伝達からの重要な帰結、または簡単な言葉で言えば、身体と周囲が熱平衡に達するような方法で熱エネルギーの伝達が行われます。つまり、違いがない状態です。
これは、あらゆる形式の熱伝達を規定する基本原則であり、この投稿のタイトルで提起された問題の説明にもなります。
数分後にレモネードが暖かくなり、熱いお茶が冷たくなるのはなぜですか?
物体の温度は、熱平衡に達するために室温または周囲温度に向かう傾向があります。
冷やしたレモネードのグラスは、部屋の周囲の空気よりも低い温度 (室温) です。熱の移動 (通常の状態では、外部の仕事が行われていない場合) は、高濃度から低濃度へと行われるため、冷えたグラスのレモネードは温かくなります。同様に、熱平衡が達成されるまで熱がカップから周囲の空気に移動するため、お茶は数分後に冷たくなります。
南極にいた場合、レモネードのグラスがしばらく経っても温まることはありませんし、非常に暑い砂漠で紅茶を冷やすこともありません.
仕事が行われない限り、熱は逆方向 (通常の状態では) に移動しないことに注意してください。つまり、冷たい物体から暖かい物体に移動します。これが冷蔵庫やヒートポンプの基本的な動作原理です。これらの電化製品では、熱伝達の方向を積極的に逆転させるために必要な仕事を電気が行っています。
したがって、冷やしたコップ一杯の水を常に冷たく保ち、お茶を長時間放置してもすぐに冷たくないことを保証したい場合は、周囲温度が同じ新しい場所に移動することを検討する必要があります。極端に寒い場所 (レモネードの場合) または非常に暑い場所 (お茶の場合) をそれぞれ好みます。
しかし、私の意見では、レモネードや紅茶を手に入れるためだけに、それはかなり大きなコミットメントです!
