理科ラボ

物理基礎|熱(2)熱量の保存

失った熱量 = 得た熱量 で、混ぜたあとの温度がわかる

温度のちがう物体をふれさせると、熱は高温から低温へ移り、やがて同じ温度になります。熱がにげなければ「失った熱量 = 得た熱量」。中学のふり返りから始めて、予想してから5つのステップで確かめよう。

ことばの準備

さきに知っておくこと

    ステップ1

    熱い物と冷たい物をふれさせると?

    予想:80 ℃ の鉄球を 20 ℃ の水に入れた。しばらくすると、どうなる?

    グラフ:赤=高温の物体、青=低温の物体、緑の点線=最後の温度。比熱:水 4.2、鉄 0.45 J/(g·K)。熱はにげないものとする。

    予想を選ぶと、ここで条件を変えられるようになります。

    公式

    この単元の式

    名前式ことばで言うと・単位
    熱量の保存Q失 = Q得失った熱量 = 得た熱量熱が外ににげないとき
    混ぜたあとの温度m1c1(t1 − t) = m2c2(t − t2)高温側の mcΔT = 低温側の mcΔTt₁:高温側のもとの温度、t₂:低温側のもとの温度、t:混ぜたあと
    熱容量Q = CΔT熱量 = 熱容量 × 温度の変化C = mc。容器もふくめるときは、容器の分を足す

    手順:①混ぜたあとの温度を t とおく ②高温側の失った熱量と低温側の得た熱量を mcΔT で書く ③等しいとおいて t を求める。

    重要語句

    この単元でおさえること

    確認問題へ問題ページへ →実験道具:加熱曲線加熱したときの温度の変化を、自由に調べよう →

    実験のあとに読む

    なぜ「失った熱量 = 得た熱量」と言えるのか

    何を比べる?

    水の温度を変えたときの最後の温度、お湯の質量を変えたときの温度、鉄の質量を変えたときの温度、熱容量を変えたときの熱量、お湯の量を変えたときに平均とのずれを比べます。

    結果をどう考える?

    熱はエネルギーなので、なくなったり増えたりしません。高温の物体から出た熱量は、そのまま低温の物体に入ります(にげなければ)。だから「失った熱量 = 得た熱量」が成り立ち、混ぜたあとの温度が計算できます。質量や比熱が大きい方は温度が変わりにくいので、最後の温度はそちらに引っぱられます。

    まちがえやすい点・モデルの条件

    「混ぜたら温度の平均になる」はまちがいです。平均になるのは、質量も比熱も同じときだけ。また、実際の実験では容器や空気に熱がにげるので、計算より少し低い温度になります。

    制作:現役の理科教員 / 制作の考え方