【動画解説】危険物取扱者 乙種 物理学及び化学④ 「熱」  熱量・比熱・熱容量 熱の移動と熱膨張も一気に

物理と化学(乙種)
【15分で全て解説】危険物取扱者乙4対策「物理と化学」を15分で1週しよう!まずは全体像をつかむことが大切

ここでは物理学及び化学の4回目、「熱」を学習します。

危険物を取り扱う上で、熱を知ることは重要です。網羅的に理解しておきましょう!

 

学習ポイントのまとめ

今回の章では以下の図をマスターすることを目的にしています。


※以下がすべて理解できていたら本章は飛ばしてもOKです。

  1. 「熱量」とは、熱を数値で表したもので、単位はJ(ジュール)
      熱量(J)比熱(J/g・℃) × 質量(g) × 温度変化(℃)
  2. 「比熱」とは物質1gの温度を1℃あげるのに必要な熱量
  3. 「熱容量」は物質全体の温度を1℃あげるのに必要な熱量
  4. 熱の移動には「伝熱」「放射」「対流」の3種類がある
  5. 「熱膨張」には線膨張体膨張の2種類がある

頻出!「熱量」「比熱」「熱容量」

ここでは、「熱量」「比熱」「熱容量」の3つを学習します。この項目は頻出なので是非とも押さえておきましょう。

熱量

物質のすべては「熱」を持っています。

熱が熱が加わると温度が上がりますし、熱を奪われると温度が下がります。

その「熱」を数値で表したものが「熱量」です。単位はJ(ジュール)やcal(カロリー)で表されます。

ある物質の温度をしたときに、必要な熱量は以下の式で表されます。

熱量(J)比熱(J/g・℃) × 質量(g) × 温度変化(℃)

 

比熱

比熱は「物質1gの温度を1℃あげるのに必要な熱量」のことです。

比熱が大きいほど、温度が上がりにくい&下がりにくいです。温度変化がしにくいということですね。

比熱(J/g・℃) =熱量(J) ÷ ( 質量(g) × 温度変化(℃))

 

比熱の式は、熱量の式を変形することで導けますので、数学が得意な人は熱量の式を覚えておけば問題ありません。

水は比熱が4.19Jとなっていて、固体・液体のなかで最も比熱の大きい物質です。この性質を利用して他物質を冷やしたりすることに非常に適しています。つまり消火には非常に有用な物質です

 

熱容量

熱容量は「物質全体の温度を1℃上げるのに必要な熱量」です。

比熱が物質1gを対象としてるのに対し、物質全体を対象としている違いがあります。

熱容量(J/℃)比熱(J/g・℃) × 質量(g) 

 

3種類の「熱の移動」と熱膨張

熱は常に温度の高いところから低いところへ移動します。その移動の方式が3つあります。

それが「伝熱」「放射」「対流」です。

それぞれの違いを押さえておきましょう。

伝熱

単に熱が伝わることです。後述する、放射でも対流でもない熱の移動ともいえます。

 

放射

光や赤外線などによって熱が放射的に伝わることです。代表例として、太陽光が物体を温める現象があります。

 

対流

気体や液体の移動によって熱が移動することです。

お風呂で「上のほうは暖かいのに、下に足を入れると冷たかった」という経験があると思います。これは温度が高い物質は上に上がりやすく、温度が低い物質は下に沈みやすいことから発生します。この移動のことを対流といいます。

 

熱膨張

物質は温度が変化すると長さや大きさが変化します。その現象を「熱膨張」といいます。

線膨張体膨張の2種類がありますので押さえておきましょう。

 

まとめ

1枚にまとめたスライドです。これをマスターできていればOKです。

問題 これができたらOK!

  1. 「熱量」の計算式を答えなさい
  2. 「比熱」とは何か答えなさい。
  3. 「熱容量」は何か答えなさい。
  4. 熱の移動には何種類存在するか。またそれらをすべて答えなさい。
  5. 熱により物質の体積が変化することを何というか。またどのような種類があるか答えなさい。

 

 

 

回答

  1. 熱量(J)比熱(J/g・℃) × 質量(g) × 温度変化(℃)
  2. 「比熱」とは物質1gの温度を1℃あげるのに必要な熱量
  3. 「熱容量」は物質全体の温度を1℃あげるのに必要な熱量
  4. 熱の移動には「伝熱」「放射」「対流」の3種類がある
  5. 「熱膨張」には線膨張体膨張の2種類がある

リンク

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