温度と粒子速度の関係

温度の正体は分子の平均運動エネルギーです。分子が速く動いていれば熱く、分子がゆっくり動いていれば冷たいです。しかし、熱い物体はすべての分子が速く動いているわけではありません。速い分子もあれば遅い分子もあります。一方で、冷たい分子は遅い分子だけなのです。温度はエネルギーの量だけでなく、分子の速さの多様性も反映しているのです。というわけでこれをグラフで分かるようにしました。

マクスウェル・ボルツマン分布

温度：

操作方法

温度：物体の温度を調節します。つまみを左に動かすと冷たくなり、右に動かすと熱くなります。

解説

このプログラムはある温度の時の物体中に含まれる分子の速さを図示します。横軸は分子の速さで縦軸はその速さの分子の数です。ある速さの分子がどのくらいの数あるのか表示するわけです。

つまみを左に動かし冷たくしてみましょう。すると、分子がほとんど遅いやつばっかりになります。冷たいという言葉の意味は、分子の運動エネルギーが小さいということなのです。

つまみを右に動かし熱くしてみましょう。すると、分子が遅いやつと速いやついろいろになります。分子の平均運動エネルギーはさっきより大きいので熱いということはわかりますが、それだけではなく、速さの多様性も大きくなっているのです。

熱い物体はエントロピーが大きくなりますが、これが理由です。あなたが粒子を一つお湯の中に入れたら、その粒子を直接観測せずに速さを予測するのは難しくなります。速いかもしれませんし、遅いかもしれません。一方で、冷たい水の中に入れれば、その粒子は遅いはずで、速さを予測しやすいわけです。