100℃の水と100℃の油はどちらが熱いでしょうか？

温度は実際には力学における負荷であり、温度負荷と呼ばれます。これは主に熱膨張と収縮によって引き起こされ、構造物の内部応力の変化を引き起こします。熱ストレスに関する記事も多数書いていますので、ご興味があれば検索してみてください。ですから、この質問に対する私自身の答えも持っています。この問題では、水と油の温度はどちらも 100 ℃ ですが、対流熱伝達係数が異なるため、単位時間あたりに伝達される熱量は異なります。単位時間あたりに伝達される熱量が多いほど、人体はより早く熱を感じます。それで、それは水ですか、それとも油ですか?

1.温度とは何ですか?

奇妙な質問を見つけました。多くの人が答えましたが、温度とは何かを明確に説明している人は誰もいませんでした。おそらく彼らは温度が基本的すぎると考えたのでしょう。ただし、温度がわからない場合は、以下の熱伝達を続行できない可能性があります。

ご存知のとおり、温度は実は私たち人間によって定義されます。昔、人々は高温は人を火傷させ、低温は人を凍らせると考えていました。測定するために、科学者たちは温度基準を定義しました。沸騰した水の温度は100℃、氷水混合物の温度は0℃であり、これが摂氏温度目盛りの定義です。下の図に示すように、年間を通しての気温の変化は、私たちが最も直感的に感じるものです。

上の写真には、別の温度スケールである華氏スケールが示されています。華氏スケールも、主にアメリカ人が使用する、より一般的な温度スケールです。また、学術的に有名な温度スケールはケルビン温度スケールであり、熱力学的温度スケール K とも呼ばれます。これらの温度スケールのほかにも、下の図に示すように、他の多くの温度スケールがあり、それらの間には変換関係があります。

ケルビン温度スケールについて言えば、絶対零度は K=0 に対応する温度であることをここで言及する必要があります。実はこの絶対零度は昔から、崇めることしかできず到達することのできない神のような存在だったのです。かつて私は、絶対温度についての大物による質疑応答セッションで「絶対温度をどうやって測定するのか？」という投稿をフォローしました。その結果、私は多くの人から攻撃を受けました。実際のところ、達成できなければ、測定することもできません。

話を元に戻すと、絶対零度は実際には物体内部の粒子が静止しているときの温度です。マクロレベルでは、オブジェクトは静止している場合も動いている場合もあります。微視的なレベルでは、物体を構成する粒子は常に運動しており（上の図） 、運動があるところにはエネルギーが存在します。マクロ的な視点から見ると、粒子の運動によって表されるエネルギーは物体の内部エネルギーです。内部エネルギーの尺度の一つは温度です。したがって、温度は、マクロレベルでは物体の熱さや冷たさを示し、ミクロレベルでは物体内部の分子の熱運動の強さを示します。

2. 熱伝達にかかる時間を測定するにはどうすればいいですか?

温度は物体内部の分子の熱運動の尺度であるため、温度が同じであれば、異なる物体内部の分子の熱運動は同様になるはずです。質問者様がおっしゃる100℃の水や油を計測器で測定すると、当然100℃の温度が出ます。ただし、注意して使用し、使用している温度計が熱伝導の原理に基づいている場合は、温度計の加熱速度が異なることに気付くはずです。つまり、異なる物質（液体）は異なる方法で熱を伝達します。

数日前、密閉されたガラス瓶の中の沸騰したお湯を計算しました。計算には物理的なパラメータが使用されました。沸騰水の対流熱伝達係数は2500w/m2kです。このデータは、温度が 1K 変化したときに単位面積あたりに伝達される熱量を示します。空気の対流熱伝達率は約8w/m2kと非常に小さいデータです。つまり、同じ 100°C の温度でも、水中と空気中の物体は加熱速度が大きく異なります。対流熱伝達係数が高いほど、熱伝達速度は速くなります。この係数は温度や流量と密接な関係があり、下図に示すように比例関係ではありません。

100°Cでは、油はまだ沸騰し始めていません。データを調べると、油の対流熱伝達係数は 50 ～ 1500 の間であり、水の対流熱伝達係数よりもはるかに低いことがわかります。つまり、同じ物体を 100 ℃ の水と油に浸した場合、水中の物体の温度はより速く上昇します。

人体が暑く感じる理由は、熱が体に伝わった後、単位面積あたりの熱が体が耐えられる範囲を超え、体の局所的な温度が高くなりすぎるためです。同じ状況でも、100℃のお湯の中では人体の温度はより早く上昇し、熱の伝わりも早いため、痛みもより早く感じられ、結果的に痛みが増すことになります。

3. まとめ

同じ条件下では、水と油の対流熱伝達係数は異なるレベルにあり、水の対流熱伝達係数は油の対流熱伝達係数よりもはるかに大きくなります。物体が水中で熱を速く伝達するほど、その温度は速く上昇します。人体は水中の方が早く熱さを感じ、結果として100℃の水は「より熱い」と感じます。