質問: 以前、電子レンジの説明で分子の振動による摩擦熱というのは変だろうと思い質問しました。結果『水にマイクロ波を与えると、水分子がそのまま振動するのではなく、水分子が集団で作る分極Pが振動しようとする。しかし分極Pは電場の変化に少し遅れてついてゆく。そして、この分極Pの遅れでエネルギーの散逸が起き、最終的に熱になる。摩擦というのはこのことを素人向けに言っている方便。』という事で理解しました。さらに質問ですが、「エネルギーの散逸」とは何ですか?なぜ熱になるのですか? また、水が熱くなるということは、水分子が激しく振動することだと思います。「分極Pの遅れ」から「水分子の振動」にいたる過程はどんなものなんでしょうか?前回は家電製品で質問しましたが、今回は物理にしました。
回答: こういうご質問は好きです。とことんまでイメージできるまで疑問を持つのは理解を深めるためには非常に重要だからです。 厳密性よりはわかりやすさを重視して回答します。 まず、熱とは要するに分子の運動エネルギーである、つまり分子の移動なり回転なりの速度が大きくなることだというのはお分かりと思います。 で、電子レンジの電磁波、特に電界がこの水分子の集団に加わると、水分子は電界により移動します。ただこのときの速度はそんなに速くはありません。電界が変化すると、この移動を繰り返すことが起きます。ただこれは熱として考えられる移動速度と比較すれば随分とゆっくりとしたものです。 ところで、完全に追従するという場合を考えて見ましょう。電界により分子の集団が移動するということは、言い換えると、分子の集団の移動もまた新たな電界を生み出します。電界からエネルギーをもらって分子の集団は移動できる(移動するということは電磁波エネルギーが運動エネルギーに変わったことを意味する)わけですが、分子が得たその運動エネルギーは、また分子の集団の移動により電界をつくることになるので、またエネルギーは電界に変わるので、結局電界->分子集団の運動->電界となり、熱エネルギーに変わる余地はありません。 ただ、ここで問題は分子の集団にとっては、沢山の集団がいるため、互いにぶつからずに移動することは困難です。言い換えると、制約があるので完全に電界に追従できません。これは言い換えると追従できなかった分は衝突する分といえます。 そして、衝突するということは電界の方向以外の運動エネルギーに変わることを意味します。そうなると先の電界->運動エネルギー->電界という戻りにはならず、不規則な方向の運動ですから、そこでそ運動エネルギーのまま残ることになります。