2000年6月14日に 小学3年生のお父さん(お母さん？)からご質問を頂きました.。

はじめまして。小学3年の息子から質問され、解答できずに困っております。お教えいただけますと幸いです。
1.窒素が凍る温度は-273度と聞き、絶対零度と聞きました。水からできた氷もそれと同じ温度でいられますか。
2.もっと低い温度はないのですか。
3.火山のマグマの温度はどうやって計るのですか。
4.最も高い温度にも限界があるのですか。

dori様　でよろしいでしょうか？
　　実は、質問が多すぎて、現在質問コーナーは一時閉鎖中なのです（＾＾；；が、比較的簡単にお答えできるので、お持ちになっている疑問にお答えしましょう。


1.窒素が凍る温度は-273度と聞き、絶対零度と聞きました。水からできた氷もそれと同じ温度でいられますか。

絶対零度といわれる温度は、正確には、摂氏-273.15度で、この状態に近づくことはできるが、理論的に不可能と考えられています。科学のつまみ食いのホームページで「どうして水は百度以上にならないの」 でご説明しているように、固体は、それを構成している物質がつながって、その場所 で振動している状態です。従って、その振動が止まった状態を絶対零度と呼んでいる でいます。
ちなみに、窒素は-195.8℃で気体から液体になり、-209.86度で液体から固体になり ます。ですから、窒素が凍りだす温度は-209.86度です。単体で最も融点(凝固点)の 低い物質はヘリウムで-272.2℃で固体になります。
さて、水もその温度でいられるかというご質問ですが、これはその状態では水の固体、いわゆる氷ですね。その氷の状態でいられます。水からできた氷もその温度でいられるかというご質問ですが、これはその状態では水の固体、いわゆる氷ですね。0℃以下でも氷のままで、−273℃でもその氷（個体）の状態でいられます。但し、上で書いたように、摂氏‐273.15度（絶対零度）に限りなく近づくことはできますが、絶対零度になることは理論的に不可能と考えられています。

2.もっと低い温度はないのですか。

もっと低い温度はありません。これは、上に述べたように、固体は隣り合う原子や分子が、その場所で振動している状態です。この振動が止まってしまえば、そのものの持つ運動するエネルギーは０になります。それが絶対零度ですから、それより低い温度は存在しません。
ところで、温度って何でしょう？
暖かさ冷たさの度合を示す数値のことですが、実は、物理的には熱平衡状態（熱の出入りが釣り合っている状態)で、その熱平衡状態にある物を構成する粒子のもつエネルギーの分布をもとめ、その平均値の目安となる量として定義付けられます。簡単にはエネルギーと等価と思ってください。

3.火山のマグマの温度はどうやって計るのですか。

さて、温度の測り方ですが、通常のガラス管に入った温度計（棒温度計)は、温度に よって液体(アルコール)の体積が変わることを利用して温度を図っています。この方法ではせいぜい日常の温度ー10度くらいから100度くらいまでしか測れません。この ガラス管に液体を封入した温度計のほかに、接合された2種類の金属の両端には電圧 が発生するという原理を応用した熱電対や金属の電気抵抗が温度によって変化する性 質を利用した抵抗温度計などがあります。これらの温度計で測定できる温度範囲 は、-273〜2300℃程度までです。マグマの温度は大体1200℃程度ですから、これらの 温度計を使えば直接測定することができます。

上で説明してきた温度計は熱を持った物質に直接接触させて温度を計るものですか ら、この温度計自身が熱で壊れてしまうことを考えると、固体でいられる温度が測定 の上限になりますが、2300℃程度が限界でしょう。では、それ以上の温度はどうやっ て測るのでしょう？それは、物質を熱すると光を放ちます。その光の色は温度が低い ときは赤っぽく高くなると青くなり、もっと高くなると白輝きます。この性質は高温 では物質にはよらず、その光によって温度を図ることができます。これを放射温度計といって3000℃程度まで測定できます。

これらが、一般に、市販されている温度計ですが、研究室レベルでは、熱せられた物質の運動 や（速度分布)や発する光のスペクトルなどを測定することによって、温度を測定し ます。太陽や核融合のプラズマ温度（1万度)などは、そのようにして測定します。

4.最も高い温度にも限界があるのですか。

さて、高いほうの温度には基本的に限界はありません。上で述べたように物質の平均的なエネルギー （統計分布)が温度ですから、エネルギーが高くなればなるほど温度が高くなると考 えていいです。