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水の熱量(カロリー)と比熱
著作名: かたくり工務店
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熱量

0℃の水を100℃に沸騰させたとしましょう。このとき、0℃の水には熱というエネルギーが加えられて温まっていくわけですが、このように物質の温度を上げるのに必要なエネルギーのことを熱量と言います。このエネルギーは、物質を何℃上昇させたのかはもちろん、物質の性質や質量(体積)などによっても値が変わっていきます。

熱量の単位

この熱量には単位があります。水1gの温度を1℃あげるのに必要な熱量のことを1カロリーと決めて、1calと書きます。また、1calを1000倍したものは「1.000cal=1kcal(キロカロリー)」と定められています。

カロリーのほかにはジュール(J)という単位も存在します。ちなみに「1cal≒4.2J」とされています。この値はなんとなく覚えておくぐらいでいいでしょう。

水の熱量の計算方法

この熱量ですが、やっかいなことに計算で求めることができます。そのために熱量を求める公式を覚えなくてはなりません。

水の熱量=水の質量(g)×変化した温度(℃)


例えば、
100gの水を熱して10℃から20℃まで温度をあげました。このときの熱量を求めてみなさい


みたいな感じで出題されます。ちなみにこの問題の答えは
100(g)×(20℃-10℃)
=100(g)×10(℃)
=1000cal
=1kcal 
となります。
比熱の登場

ここまでみてきたのは、水の熱量に関してでした。これに対して水以外のものの熱量の求め方は少し勝手がことなってきます。ここで登場するのが比熱という言葉です。

比熱

水1gの温度を1℃あげるのに必要な熱量のことを1カロリーと言いましたね。では、水以外の物質1gを1℃あげるのに必要な熱量も1カロリーと言ってよいのでしょうか?答えは「NO」です。

例えばステンレスのマグカップは温まりやすいのに対して、陶器の湯のみは温まりにくいですよね。このように同じ温度をあげるのにも、物質によって加える熱量は変わってくるのです。

水の温まりやすさを基準にし、これを1としてそのほかの物質の温まりやすさを考えていくのですが、この温まりやすさのことを比熱と言います。単位は「cal/g℃(※1)」とします。つまり水の比熱は1cal/g℃(※2)となるわけです。

※1:℃は分母についています。「カロリー÷(グラム×℃)」です。
※2:各物質の比熱は前もって与えられますので、特に覚える必要はありません。

水以外の物質の熱量の計算方法

では1つ、水以外の物質の熱量を求めてみましょう。先ほど水の熱量を計算したときには
水の熱量=水の質量(g)×変化した温度(℃)
と書きましたが、水以外の物質の熱量を考えるときには、この公式に比熱を加えて考えなければなりません。

水以外の物質の熱量
=比熱(cal/g℃)×水の質量(g)×変化した温度(℃)


110gの鉄を熱して10℃から20℃まで温度をあげました。このときの熱量を求めてみなさい。ただし鉄の比熱は0.11とする。


このように、比熱は前もって与えられますので安心しておきましょう。先ほどの公式にのっとって解いていくと
0.11(cal/g℃)×110(g)×(20℃-10℃)=121cal が答えとなります。

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