物質の状態に対する温度の影響は何ですか?

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著者: John Stephens
作成日: 1 1月 2021
更新日: 18 5月 2024
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物質は、固体、液体、または気体の状態で存在する可能性があり、物質が存在する状態は、その温度によって大きく決定できます。宇宙の各物質に固有の特定の温度しきい値を超えると、相変化が起こり、物質の状態が変化します。一定圧力の条件下では、物質相の主要な決定要因は温度です。さまざまな種類の物質の温度と位相の差により、熱機関と冷蔵庫の動作が可能になります。

TL; DR(長すぎる;読まなかった)

温度は、物質が固体、液体、または気体として存在するかどうかに直接影響します。一般に、温度を上げると、固体は液体に、液体は気体に変わります。それを減らすと、気体が液体に、液体が固体に変わります。

物質の状態

低温では、分子運動が減少し、物質の内部エネルギーが低下します。原子は互いに相対的に低エネルギー状態に落ち着き、固体物質の特徴である非常にわずかな動きをします。温度が上昇すると、追加の熱エネルギーが固体の構成部分に加えられ、追加の分子運動を引き起こします。分子は互いに押し合い始め、物質の全体積が増加します。この時点で、問題は液体状態になりました。分子が温度の上昇により非常に多くの熱エネルギーを吸収し、高速で自由に動き回ることができる場合、気体状態が存在します。

物質の状態間の相変化

一定圧力の条件下で特定の温度にさらされた物質がその相の変化を開始する点は、相変化閾値と呼ばれます。この温度では、熱にさらされる物質のあらゆる部分がその状態を変化させます。融点から固体への移行から液体への移行が発生し、液体から気体への移行は沸点で発生します。逆に、気体から液体への変化の瞬間は凝縮点であり、液体から固体への変化は凝固点で起こります。

急激な温度変化と相状態

物質は、さらされる温度が非常に急速に変化すると、固体から気体へ、または気体から固体へと相変化する場合があります。固体の周囲の温度が非常に急速に上昇すると、液体として存在せずに昇華したり、固体から気体に相変化したりする可能性があります。逆方向では、突然過冷却されたガスは完全に堆積する可能性があります。

位相に対する温度の影響

圧力が一定の場合、物質の状態はさらされる温度に完全に依存します。このため、冷凍庫から取り出すと氷が溶け、温度が高すぎて長時間放置すると水がポットから沸騰します。温度は、周囲に存在する熱エネルギーの量の単なる測定値です。物質が異なる温度の環境に置かれると、物質と環境の間で熱が交換され、両者が平衡温度に達します。そのため、角氷が熱にさらされると、その水分子は周囲の大気から熱エネルギーを吸収し、より活発に動き始め、水氷が溶けて液体の水になります。