高校講座 物理基礎 41.比熱と熱容量

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高校講座「物理基礎」。今回のテーマも『比熱と熱容量』です。今日は物質の温まりやすさを表す比熱と熱容量について学習していきましょう。熱の中でも特に重要な公式が登場しますので、しっかりとその意味を理解してください。
前回内容の復習『40.熱と温度』

比熱

比熱とは、物質の温まりやすさを表す尺度です。通常比熱は物質1gあたりの温まりやすさで表します。しっかりと定義を覚えてください。

比熱c…その物質1gを1K(1℃)上昇させるのに必要な熱量

単位は[J/(g・K)]です。読み方は「ジュール マイ グラム マイ ケルビン」と読みます。

例えば、私たちにとって一番身近な物質である水ですが、水は温度を1K(1℃)上昇させるのに4.2Jの熱量が必要です。なので、水の比熱は4.2J/(g・K)と表します。その他にもいろいろな物質の比熱の例を挙げてみます。

  • 水…4.2 J/(g・K)
  • 氷…2.1 J/(g・K)
  • 鉄…0.44 J/(g・K)
  • 銅…0.38 J/(g・K)
  • なたね油…2.0 J/(g・K)

などになります。水の比熱がかなり大きいことがわかります。比熱が大きい物質は温めるのに沢山の熱量が必要になり、温まりにくく冷めにくい物質であるということができます。逆に比熱が小さい物質は温まりやすく冷めやすいです。言い方を変えると熱を非常に通しやすいですので、フライパンなどの調理器具に使われることが多いです。

熱容量

比熱と同じような尺度に熱容量というものがあります。熱容量とは、物質を1K(1℃)上昇させるのに必要な熱量で、物質の質量によっても変化する数値です。比熱が1gあたりで考えるのに対し、熱容量は物質の質量も加味しての数値になります。

熱容量[J/K]…物質を1K(1℃)上昇させるのに必要な熱量

単位は[J/K]でになります。

熱容量C=mc[m:質量g c:比熱J/(g・K)]

熱容量は比熱と物質の質量の積で求めることができます。単位を見ればわかりますが、比熱と物質の質量をかけ合わせると[J/K]=[J/(g・K)]×[g]でgが約分されて熱容量の単位が登場します。問題文中に比熱が与えられたリ、熱容量が与えられたりするパターンがありますので、どちらが出題されても理解できるようにしておきましょう。

熱量

ではここから熱量の求め方を説明します。熱の単元を進めるにあたって非常に重要な公式です。化学などの計算でも登場しますので、しっかりとマスターしておきましょう。

熱量Q=mcΔT[m:質量g c:比熱J/(g・K) ΔT:温度変化(Kか℃)]

物質の温度を上げるためにどれくらい熱量が必要なのかを計算します。単位に注意し熱量を求めるようにしてください。この公式を覚えてさえいれば、物理基礎の内容でしたらほとんどの問題が解けてしまうようになります。マスターして是非得意単元としてください。

【問題】比熱と熱容量

問題のダウンロードはこちら!

10gの水を15℃から25℃にするのに必要な熱量は何J/(g・K)か。ただし、熱の比熱を4.2J/(g・K)とし、熱は水の温度を上げるためだけに使われるものとする。

【解説動画】比熱と熱容量

【解答】比熱と熱容量

熱量Q=mcΔTより
  Q=10×4.2×(25-15)=420J

各教科ごとの学習

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