46 第 21 話 熱量と温度 度上岼 熱量 ( 時には単に熱ともいわれます ) というのはエネルギーがと る様々な形態のうちの一種である熱エネルギーに対して与えられて いる名称で , したがって国際単位系においては熱量の単位もまたジ ュールであることは当然です . 熱量と温度の因果関係は , 物体に熱 量を与えれば温度が上昇し , 物体から熱量を奪えば温度が下降する という形で結ばれています . 物体の温度を 1 K 高めるために必要な熱量は , その物体の熱容量 と呼ばれ , その単位はジュール毎ケルビン ( 記号 J/K) です . 物質 1 kg の温度を IK 高めるために必要な熱量は物質の種類ごとに 定していて比熱と呼ばれ , その単位はジュール毎キログラム毎ケル ビン〔記号 J / ( kg ・ K ) 〕となります . 各種の物質の比熱のうち水の 比熱は日常生活の面でも蒸気機関などの技術の面でもとりわけなじ みの深い量ですが , 熱量の単位と水の比熱との長年のかかわりにつ いては次項で詳しく取り上げます .
堯た 轉 7 咄れは、 あ引まどくれそ 亠。可 氏一 丿 ワットートレケ / しヒ ' ン 銅のように熱を非常に良く伝える物体とコンクリートのように極 めて伝えにくい物体があり , 熱を伝える度合いのことをその物質の 熱伝導率と呼びます . 熱伝導率の単位は , ワット毎メートル毎ケル ビン〔記号 W/ (m ・ K ) 〕です . なぜそうなるかは , 熱伝導における 温度差と熱流 ( 単位 W ) の関係が電磁気における電圧と電流の関係 と完全に類似していることから説明できるのですが , こではその 説明は省略します . 物体とその周辺との間で熱量の受渡しがあったときは , その受渡 しの過程が緩慢であったか急激であったかによって受渡しが終った ときの物体の状態に違いが起ります . この違いを表す量がエントロ ピーと呼ばれる量で , 熱力学の手ほどきの段階で初学者がしばしば 理解に苦しむので悪名高い量でもあるわけです . ェントロピーの単 位は偶然にも熱容量の単位 J / K と同し名称と記号を与えられてい ますが , 工ントロピーと熱容量は互いに似ても似つかぬ量であるこ とは注意を要します . 完
62 第 29 話電離性放射線の諸単位 こでいう電離性放射線という言葉は , 第 27 話で述べた単に " 放 射 " という言葉と厳格に区別しなければなりません . " 電離性 " とい う形容詞が示すとおり , 電離性放射線というのは周囲の物質に照射 されたときその物質中に電離作用を及ほす性質を持っ放射線の総称 です . 今世紀初頭の頃から電離性放射線として X 線 , 線 , 線 , ァ 線の 4 種はよく知られていましたが , その後原子核技術が原子核の 人工破壊から原子爆弾 , 原子炉と進行するにつれて電離性放射線の 種類は際限なく多様化しています . これら電離性放射線のうちの何種類かは周到な管理のもとで医学 上の診断用や治療用 , 生物学・考古学上のトレーサー用その他多く の技術分野に応用されていることは周知のとおりですが , 一方この ように有用な電離性放射線も度を過ぎて強いものであったり , さほ ど強くなくても長年にわたって継続的に人体に照射されたりすれば 保健上の大問題になりかねません . 原子爆弾の被曝は度を過ぎて強 い放射線を一瞬の間に浴びる場合の , 原子炉の放射線漏れは長年に わたって継続的に放射線を浴びる場合の , それぞれ典型的な例であ るわけです . 電離性放射線の強さは通常次の 4 種類の観点のもとに評価されま す . ( 1 ) 単位時間に崩壊する放射性原子核の個数 . 量の名称は " 放射 ( 2 ) 放射線の照射による電離作用の度合 . 量の名称は、、照射線 ( 3 ) 放射線の照射によるエネルギー付与の度合 . 量の名称は " 吸 能 ".
50 第 23 話 物質量の単位“モル” 1 衣積粒個教 原子 , 分子 , 溶液 , イオンなどについてそれぞれ別個に古くから 使用されてきたグラム原子 , グラム分子 , モル濃度 , 規定などとい う名の諸単位を統一的な観点から記述することのできる物理化学量 として物質量という概念が確立され , その単位モル " が国際単位 系の基本単位に組み込まれたのは 1971 年の第 14 回国際度量衡総会 の決議によるものです . 一般に 2 種類の異なる物質をそれぞれ勝手な分量ずっ持ち寄って どちらの物質の分量が多いかを決めようとしたらどんな方法が考え られるでしようか . 貨幣価値による比較は次元の違う問題として , 物理的には 3 とおりの比較方法が可能です . それらのうち質量の大 小と体積の大小による方法は説明を加えるまでもなく自明でしよう が , 意外に思いっくことのない発想としてそれぞれの物質を構成す る要素粒子の個数の大小によるという第 3 の方法があるのです ( 2 国のどちらが大国であるかを比較するのに資源の大小 , 国土面積の
52 第 24 話 モルとキロクラムの接点 = 約Ⅸ G02000000 基本単位モル ( 記号 m01 ) の国際単位系への導入が国際単位系の 成立の 1960 年から 11 年も遅れて 1971 年にやっと実現を見たにつ いては , それなりの深刻な周辺事情があったわけです . その事情と いうのは , 国際化学連合が長年の慣行に従って天然組成の酸素の原 子量を 16 とする約束に固執していたのに対し , 国際物理学連合が酸 素 16 の原子量を 16 とする約束を採択したことによる原子量の価の 二重性にほかなりません . このような不都合は 1960 年に至って両国 際学会がともにそれまでの原子量の約束を放棄し , 炭素 12 の原子量 を 12 とすることを新たな共通の約束として採択することにより解 決されたのでした . 事態はその後にわかに進展し , 1971 年にはモル が国際単位系の基本単位として採用されるに至ったという次第です . 原子量又は分子量 M の物質が質量襯だけ存在するときその物 質の原子又は分子の物質量をとすれば , モルの定義に基づきこれ
51 1 でし中の呼第りはみじ 0 H ま 0 ・ ク。の 2 蕗 い巨大な数であるかは次項で改めて述べることにします . ながら ) ほどほどの精度で求めることが可能です . それがどのくら 測定手段により ( 1 個 1 個を数えて結果を求めることは到底不可能 粒子を含む系の物質量である " とされております . その数は適当な ルは 0.012kg の炭素 12 の中に存在する原子の数と等しい数の要素 していれば同様に扱うことができます . 定義の前段にもどると , " モ 気のように純物質でない混合物でも , その成分の組成の割合が一定 とか水素イオン x x モルとかいう限定が必す必要です . たとえば空 集合体であってよい " とされており , したがって炭素原子〇〇モル 子 , 分子 , イオン , 電子その他の粒子又はこの種の粒子の特定の するときは要素粒子の種類を指定しなければならないが , それは原 モルの定義の文章の後段から先に触れていきますと , 、、モルを使用 かなりよく似かよっているようにも思われます ). 大小 , 人口の大小という 3 とおりの尺度を用いることができるのと ・ 0.0 ー 2 C ・
24 第 10 話キログラム異聞 第 6 話で述べたとおり , 1889 年の第 1 回国際度量衡総会は国際キ ログラム原器を承認し , " この原器を今後 , 質量の単位とみなす " とを宣言しました . 質量の単位 " キログラム " のこの定義は , その後何の変更も受け ることなく今日に及んでいますし , 今後ともその地位は当分安泰で あり続けるでしよう . キログラム原器の相互比較の精度は今日では 10 ー 9 に達すると評価されています . ところでキログラムに関連して 1901 年の第 3 回国際度量衡総会 が発した次の声明に注目しましよう . 重要な部分だけ抜すいすれば , ( 1 ) キログラムは質量の単位であって , 国際キログラム原器の 質量に等しい . ( 2 ) 重量という言葉はカと同し性質の量を示す . ある物体の重 量はその物体の質量と重力加速度との積であり , と述べられています . つまり重量という言葉が , あるときは質量 , あるときはカの意味 に混用されているあいまいさを取り除きたい , 同時に質量 1 キログ ラムの物体の重量も 1 キログラムと称せられる誤用を防ぎたいとい う意図のもとに発せられた声明です . 日本語 「質量 重量 カ 英語 mass weight force ドイツ語 die Masse das Gewicht die Kraft la masse le poids la force フランス亟
53 ねに 4 ドはこれ つ当去原 豸 \t 、つまっ 7 凵う の、 という関係が正確に成立しているのです . kg/u= 103 NA m01 れら諸量の間には であることが知られているわけですが , 実はモルの定義に基づきこ u = 1.66X10 ー 27 kg, A = 6.02X1023m01 ー 1 数をとすれば , およその目安として , で物質量 1 m01 に含まれる要素粒子の個数すなわちアポガドロ定 12 が原子質量単位 ( 記号 u) と称して用いられています . もう一方 較するために便利な単位として , 炭素 12 の 1 個の原子の質量の 1 / ところでキログラムと全く別個に , 原子や分子の質量を相互に比 でなければなりません . / m 。 1 = 103 (m/kg)/M ら 3 量の間の関係は 0000000D0000000000
109 注 6 ) 0.012 キログラムの炭素 12 の中に存在する原子の数と等 しい数の要素粒子を含む系の物質量 . 注 7 ) 周波数 540X10 にヘルツの単色放射を放出し , 所定の方向 におけるその放射強度が 1 / 683 ワット毎ステラジアンであ る光源の , その方向における光度 . 注 8 ) 円の周上でその半径の長さに等しい長さの弧を切り取る 2 本の半径の間に含まれる角度 . 注 9 ) 球の中心を頂点とし , その球の半径を 1 辺とする正方形の 面積と等しい面積をその球の表面上で切り取る立体角 . 注 10 ) セルシウス度で表される温度の数値は , ケルビンで表され る温度の数値から 273.15 を減したもの . 注 11 ) シーベルトで表される線量当量の数値は , グレイで表され る吸収線量の数値にその放射線の線質係数の値を乗したもの .
39 も物理現象の全分野をカバーするにはまだ不十分な存在で , そのゆ えにこそメートル条約機構の中で国際単位系の確立が第二次世界大 戦後の国際的な急務として取り上げられることになったわけです . これから順を追って国際単位系に関する話題を展開していくわけ ですがここで種明かしをしておくなら , MKSA 単位系に不足して いて国際単位系に包含されている基本単位があと 3 個あります . その筆頭は , 温度の単位ケルビン ( 記号 K ) で , この単位が力学 や電磁気学とどれほど深くかかわっているかは読者の皆様も十分ご 承知のはすです . 第二は物質量の単位モル ( 記号 mol) で , この単位は原子量及び アポがドロ定数を仲介としてキログラムと深くかかわっています . 最後は光度の単位カンデラ ( 記号 (d) となるわけですが , この単 位は他の基本単位とのかかわりは比較的浅く , 測光の分野での重要 間 ( 紗 ) 性を考慮して基本単位に加えられているものです . 員 (* ロク、ラム ) ) 単位索 --MKSA 斤斤旦 / ざ 朮 ( 7 パ