熱エネルギーとは（熱と温度の違い・計算式・単位・ものづくりでの例）

2026年11月6日

左端をガスバーナーで熱した金属の棒。左はオレンジ色で右へ行くほど青い鋼の色になり、拡大した円の中に並んだ原子と動きを示す線が描かれたイメージ

熱エネルギーとは、物の中の粒子の動きに関係するエネルギーで、温度の差があると高い方から低い方へ移ります。お湯を沸かす、金属を溶かす、電子部品が熱くなるといった現象は、どれも熱エネルギーで説明できます。このページでは、熱と温度の違い、計算のしかた、単位、伝わり方、ほかのエネルギーとの変換、ものづくりでの例を順に説明します。

熱エネルギーとは：ひとことで言うと

熱エネルギー

物をつくる粒子（原子や分子）の動きに関係するエネルギーです。温度が高いほど粒子の動きは激しくなります。物の間で移動するエネルギーを「熱」、移動した量を「熱量」と呼びます。

左は温度が低く粒子の矢印が短い図、右は温度が高く粒子の矢印が長い図 — 図1　温度と粒子の動き（イメージ）
出典：この記事の内容をもとに AI（Claude）で作成

正確に言うと、熱力学で「熱」と呼ぶのは、温度の差によって移動するエネルギーです。物の中にたまっているエネルギーは「内部エネルギー」と呼び、移動する「熱」と区別します。北海道大学の講義資料には、吸収した「熱エネルギー」という言い方があります。このページでも、物の中のエネルギーと移動する熱の両方をまとめて「熱エネルギー」と呼びます（編集部の補足）。

出典：熱｜ウィキペディア日本語版、第7章気体分子の運動と熱エネルギー（講義資料）｜北海道大学、「熱ってどういうもの？」の基本を押さえよう：熱設計の本質（1）｜MONOist

熱と温度の違い

温度は「どれだけ熱いか」を表します。熱量は「どれだけのエネルギーが移ったか」を表します。同じ温度でも、量が多い物を温めるには、たくさんの熱が要ります。

40℃のコップの水と40℃の浴槽の水を並べ、20℃から上げるのに要る熱量が約17kJと約16,700kJで約1,000倍違うことを示す図 — 図2　同じ 40℃ でも、要る熱量は違う（計算は編集部）
出典：ウィキペディア日本語版「比熱容量の比較」をもとに AI（Claude）で作成

	温度	熱量
表すもの	熱さの度合い	移ったエネルギーの量
単位	℃、K（ケルビン）	J（ジュール）
物の量を2倍にすると	変わらない	同じ温度差なら2倍要る

温度の差については、1℃ と 1K は同じ大きさです。ケルビンは絶対温度の単位で、摂氏温度は絶対温度から 273.15 を引いたものです。

出典：「熱ってどういうもの？」の基本を押さえよう：熱設計の本質（1）｜MONOist、第7章気体分子の運動と熱エネルギー（講義資料）｜北海道大学

熱量の計算：Q = m × c × ΔT

質量1kg、比熱4.18、温度差80Kをかけて約334kJになり、1000Wのヒーターで約5.6分かかることを示す計算例 — 図3　水 1 L を 20℃ から 100℃ にする熱量（計算は編集部）
出典：北海道大学の講義資料、ウィキペディア日本語版「比熱容量の比較」をもとに AI（Claude）で作成

物を温めるのに要る熱量は、質量 × 比熱 × 温度の変化で求められます。比熱は、1 kg の物を 1 K 上げるのに要る熱量で、物の種類で決まります。くわしくは基礎知識：比熱（熱容量）で説明しています。

物によって温まりやすさが違う

1kgを10℃上げる熱量を水41.8kJ、アルミニウム9.0kJ、鉄4.5kJ、銅3.8kJで比べた棒グラフ — 図4　1 kg を 10℃ 上げる熱量（計算は編集部）
出典：ウィキペディア日本語版「比熱容量の比較」をもとに AI（Claude）で作成

物	比熱 kJ/(kg·K)（25℃）	1 kg を 10℃ 上げる熱量
水	4.18	約 41.8 kJ
アルミニウム	0.90	約 9.0 kJ
鉄	0.45	約 4.5 kJ
銅	0.38	約 3.8 kJ

出典：第7章気体分子の運動と熱エネルギー（講義資料）｜北海道大学、比熱容量の比較｜ウィキペディア日本語版

溶ける・蒸発するときの熱（潜熱）

0℃の氷1kgに熱を加えると、融解で334kJ、100℃まで418kJ、蒸発で2257kJ要り、融解と蒸発の間は温度が変わらないことを示すグラフ — 図5　0℃ の氷 1 kg を 100℃ の蒸気にするまで（水の部分の 418 kJ は編集部の計算）
出典：ウィキペディア日本語版「融解熱」、ウィキペディア日本語版「蒸発熱」、ウィキペディア日本語版「比熱容量の比較」をもとに AI（Claude）で作成

物が固体・液体・気体の間で変わるときは、温度が変わらなくても熱の出入りがあります。この熱を潜熱と呼びます。氷の融解熱は 333.6 kJ/kg（0℃）、水の蒸発熱は 2,257 kJ/kg（100℃、1気圧）です。同じ 1 kg の水を 0℃ から 100℃ にする熱量（約 418 kJ）の 5 倍以上を、蒸発に使うことがわかります。

冷却塔が水の蒸発で水を冷やせるのは、この大きな蒸発熱を使うからです（技術：冷却塔）。

出典：第7章気体分子の運動と熱エネルギー（講義資料）｜北海道大学、融解熱｜ウィキペディア日本語版、蒸発熱｜ウィキペディア日本語版

熱量の単位：J・cal・kWh・Btu

1kWhが3.6MJ、約860kcal、約3412Btuに等しいことを示す換算の図 — 図6　1 kWh の換算（kcal と Btu は編集部の計算）
出典：NISTをもとに AI（Claude）で作成

単位	読み方	ジュールで表すと
J	ジュール	1 J
cal	カロリー（熱化学カロリー）	4.184 J
kWh	キロワット時	3,600,000 J（3.6 MJ）
Btu	英国熱量単位（国際蒸気表の値）	1,055.056 J

熱量の単位の基本はジュール（J）です。電気代の計算には kWh、海外の空調機のカタログには Btu が出てきます。カロリーはもともと水 1 g を 1℃ 上げる熱量からきた単位で、日本の計量法では 1 cal を 4.184 J と定めています（ウィキペディア日本語版「カロリー」による）。古い資料には別の値（4.18605 J など）で書かれていることがあるので、桁の細かい計算では何の値かを確かめます。

出典：Guide for the Use of the SI, Appendix B.8（換算係数）｜NIST、カロリー｜ウィキペディア日本語版、第7章気体分子の運動と熱エネルギー（講義資料）｜北海道大学

熱の伝わり方：伝導・対流・放射

棒の中を高温から低温へ伝わる伝導、鍋の湯が回る対流、熱源から電磁波が届く放射の3つを並べた図 — 図7　熱の伝わり方
出典：EE Times Japan、MONOistをもとに AI（Claude）で作成

伝わり方	しくみ	ものづくりでの例	くわしいページ
伝導	原子や分子の振動などが隣へ伝わる	放熱シート、ヒートシンクの根元	熱伝導率
対流	気体や液体が動いて熱を運ぶ	ファンの風（強制対流）、冷却水	熱伝達率
放射	温度に応じた電磁波で伝わる。真空でも起こる	炉の中の加熱、太陽光による加熱	放射率

熱は、ふつう高い温度から低い温度へ移ります。低い温度から高い温度へ自然に移ることはありません。エアコンやヒートポンプが低い温度の側から熱を運べるのは、電気などを使って運んでいるからです（基礎知識：ヒートポンプ）。

出典：熱に関する基礎知識：福田昭のデバイス通信（468） AIサーバの放熱技術（1）｜EE Times Japan、「熱ってどういうもの？」の基本を押さえよう：熱設計の本質（1）｜MONOist、熱｜ウィキペディア日本語版

ほかのエネルギーとの変換

電気、運動、化学のエネルギーが熱エネルギーになり、熱の一部が動力や電気に、残りが低温側に捨てられることを示す図 — 図8　エネルギーの変換
出典：コトバンク、ウィキペディア日本語版「熱」、ウィキペディア日本語版「カルノーサイクル」をもとに AI（Claude）で作成

もとのエネルギー	熱になる例
電気	電気抵抗で出るジュール熱。電熱器や大型の電気炉も同じ
運動（仕事）	摩擦、切削。力が熱に変わる
化学	燃料の燃焼

エネルギーの形が変わっても、全体の量は変わりません。これが熱力学の第一法則（エネルギー保存の法則）です。ただし、熱機関が熱を連続して全部、動力に変えることはできません。

熱を動力に変えられる量には上限がある

高温側の温度と効率の上限の関係のグラフ。低温側27℃のとき、100℃で約20％、600℃で約66％、1500℃で約83％ — 図9　カルノー効率（低温側 27℃ のとき。計算は編集部）
出典：ウィキペディア日本語版「カルノーサイクル」をもとに AI（Claude）で作成

理論上の効率（カルノー効率）は、1 − 低温側の温度 ÷ 高温側の温度（温度はケルビン）で表されます。2つの温度だけで決まり、高温側が高いほど上がります。100℃ の熱なら約 20％、1,500℃ でも約 83％です。実際の機械は摩擦などの損失があるので、これより低くなります。

実際の例として、JERA は姉崎発電所の新しい設備で熱効率が約 63％に向上すると紹介しています。

出典：第7章気体分子の運動と熱エネルギー（講義資料）｜北海道大学、ジュール熱｜コトバンク、カルノーサイクル｜ウィキペディア日本語版、姉崎発電所リプレース｜JERA

ものづくりでの熱エネルギー

切削：力が熱に変わる

工具が工作物を削る切削点から、工作物、切りくず、工具の3方向へ熱が流れる模式図。切削点は約600から1000℃ — 図10　切削の熱の流れ（模式図）
出典：ニュースイッチ（澤武一）をもとに AI（Claude）で作成

芝浦工業大学の澤武一教授の解説によると、切削では切削力が熱に変わり、切削点の温度は約 600〜1,000℃ に達します。熱は工作物・切りくず・工具の3つに流れます。工作物は熱膨張で削りすぎることがあり、工具は軟らかくなって寿命が短くなります。熱は切りくずに多く逃げるほど都合がよいとされています。

出典：澤武一「機械加工の基礎！「切削熱」を制御せよ」｜ニュースイッチ

電子部品：使った電力が熱になる

電流が電気抵抗を流れると、毎秒 RI² ジュール（RI² ワット。R は抵抗、I は電流）の熱が出ます。電子部品の中でも同じことが起きていて、部品の温度が上がります。ロームのアプリケーションノートは、物には熱容量があるので、消費電力が増えてもすぐには温度が上がらないと説明しています。出た熱をどう逃がすかは、課題：小型化で部品の温度が上がるで扱っています。

出典：ジュール熱｜コトバンク、熱モデルとは（アプリケーションノート）｜ローム

工場の加熱と排熱

15業種の排ガスの熱量743PJのうち、200℃未満が565PJで約76％、200℃以上が178PJであることを示す帯のグラフ — 図11　工場の排ガスの熱（200℃ 以上の量は編集部の計算）
出典：NEDOをもとに AI（Claude）で作成

NEDO によると、産業分野のエネルギー利用の約5割は工業炉やボイラーなどの加熱用途です。NEDO と未利用熱エネルギー革新的活用技術研究組合の調査（2019年発表）では、15業種の排ガスの熱量は年 743 PJ で、そのうち 565 PJ（76％）が 200℃ 未満でした。上のカルノー効率のとおり、温度が低い熱は動力に変えられる割合が小さくなります。

出典：産業分野の排熱実態調査結果を公表｜NEDO