熱力学的物理量としての温度の導入法について

概要

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本稿では，国際単位系の基本単位ケルビンで測定される物理量，熱力学的温度の導入のための教程を考察する。この教程では，温度という物理量の存在から出発して，特別な温度である熱力学的温度の定め方，測定方法，単位の選択まで，中等高等科学教科書にみられる各種の導入法を比較吟味しながら，一貫して記述する。そこで，それぞれの導入法では，どこを省略しどこに問題点があるかなどが，あぶり出される。熱力学的温度の理解のために，学習者にとってわかりにくく注意すべき諸点を論述し明らかにする。ここまでの論証に必要な重要項目は，熱平衡状態，同値関係，可逆的Carnotサイクル，Clausiusの表現（熱力学の第2法則），Carnotの定理，気体の状態方程式，Clausiusの等式，外挿法などである。こうして，熱力学的温度を定める古典的自然科学の手法は，中等科学教育の担い手にとって一度は体験すべきものであることがわかる。A course for teaching and learning the concept of temperature as a thermodynamic quantity in science education is given. We compare with one another a variety of explanations of thermodynamic temperature used in textbooks, and construct a procedure that starts by defining what the temperature of a physical system is and that ends by showing how the thermodynamic temperature is measured. The most important concepts in this procedure are such that: Thermal equilibrium, equivalence relation, Clausius' statement, reversible Carnot cycle, Carnot's theorem, state equation of gas, Clausius' equation, and so on. The present method makes it possible for science educators and students at the college level to establish the scientific thinking of classical natural science in themselves.
上越教育大学の論文

熱力学的物理量としての温度の導入法について

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