高校物理 - 科学

システムと環境

システムと環境の理解

システムとは、研究対象となる物体または物体のグループのことです。宇宙に存在する他の物体は環境と呼ばれます。通常、システムは「仕切り／制限／分離器」によって環境から分離されています。

例えば、魔法瓶の中の水について調べたいとしましょう。魔法瓶の中の水が系を構成し、魔法瓶の外にある空気やその他の物体が環境を構成します。魔法瓶の壁、つまり内側のガラスと外側のプラスチックは、仕切りとして機能します。水を入れる魔法瓶はその一例です。

冷水と氷の混合物が入った容器に水銀温度計を差し込むと、水銀面が下がった後、静止するか、それ以上動かなくなることがわかります。水銀面は、水の融点または凝固点（0 ^℃）に達すると動きを止めます。容器が開いている場合、より高温の空気からより低温の氷と水の混合物に熱が流れます。空気からの追加の熱によって氷が溶けます。氷が溶けると、氷と水の混合物の温度は変化しますか？氷が溶けても、水と氷の混合物の温度は変化しません。

比熱

比熱（c）とは、物体の単位質量（m）の温度（T）を1度上昇させるのに必要な熱量（Q）のことである。cの公式は以下のとおりである。

国際単位系は J/Kg K です。

物体の比熱は温度によって変化します。温度変化がそれほど大きくない場合は、比熱の値は一定とみなすことができます。以下は、圧力1気圧、温度20℃におけるいくつかの物体の比熱cの値です^（実験的に得られた値）。

熱の式

温度の異なる物体同士が接触すると、熱は自然と高温の物体から低温の物体へと移動します。2つの物体が熱平衡に達すると、熱伝達は停止します。つまり、熱伝達によって接触している物体の温度が変化すると言えます。この簡単な説明から、熱量（Q）は物体とその物体の温度変化（ΔT）に関係していることがわかります。各物体には質量（m）があり、物体の種類も異なります。

機械式加熱風袋引き

熱の単位はカロリー（略称 kal）です。1 カロリーは、1 グラムの水の温度を 1 ℃ (正確には 14,5 ℃ から 15,5 ℃) 上げるのに必要な熱量です^。必要^な熱量^は水の温度によって異なります。同じ量の熱で、水の温度が 1 ^℃上昇するのは 14,5 ℃ から 15,5 ℃ の間だけです^。特に^{食品のエネルギー値を表す際によく使用される熱の単位はキロカロリー (kcal) です。1 kcal = 1000 カロリー。1 kcal の別の呼び方は 1 カロリー (大文字の K) です。英国式の熱の単位は Btu (英国熱量単位) です。1 Btu = 1 ポンドの水の温度を 1 °}^F (正確には 63 ^° F から 64 ^° F)上げるのに必要な熱量です。

水異常

水異常の理解

物体は、温度が上昇すると膨張し（体積が増加）、温度が低下すると収縮します（体積が減少）。水も温度が上昇すると膨張し、温度が低下すると収縮しますが、0℃～4℃の温度ではそうではありません。0 ^℃から⁴^℃の^温度では、温度が上昇するにつれて水の体積は減少します（水は収縮します）。0℃の水を加熱すると、水の温度が高いほど、水の体積は減少します。水の温度が4℃^に達すると、収縮プロセスは停止します。4℃を超えると^、^温度が上昇するにつれて水の体積は増加します（水は膨張します）。逆に、温度が4 ^℃から0℃に^低下すると、水は膨張します（水の体積は増加します）。この水の奇妙な性質は、水の異常として知られています。

ペムアアン

電線をよく観察すると、たるみのために下向きに曲がっていることに気づくでしょう。電線はなぜ単に張るのではなく、意図的に緩められているのでしょうか。東ヌサ・トゥンガラ州のフローレス島とレンバタ島の屋根のほとんどは亜鉛（Zn）でできています。昼夜を問わず、亜鉛の屋根は音を立てます。なぜ亜鉛は音を立てるのでしょうか。ジャワ島に住んでいると、鉄道の線路を見たことがあるかもしれません。レールの継ぎ目には隙間があります。レールの継ぎ目のこれらの隙間の役割は何でしょうか。膨張というテーマに関連して、考えたり質問したりできることはたくさんあります。

ガス温度計

例えば水銀温度計とアルコール温度計のように、異なる種類の温度計を校正する場合、両方の温度計の目盛りが同じになるのは0 ^℃（または32 ^° F）と100 ^℃（または212 ^° F）のみです。両方の温度計を使って気温を測定する場合、それぞれの温度計が示す数値は必ずしも同じではありません。水銀温度計が48 ^℃を示し、アルコール温度計が46℃を示すといった^こともあり得ます。これは、水銀とアルコールの膨張率が異なるためです。バイメタル温度計など、他の種類の温度計でも同様です。このようにして決定される温度目盛りは、使用される材料の特性に大きく依存します。

温度変換

摂氏と華氏は異なる温度目盛です。物体の温度を摂氏で測定し、それを華氏で表したい場合は、摂氏から華氏に変換します。このセクションでは、温度の変換方法や測定方法について学びます。

1気圧の圧力では、摂氏温度計の氷点温度は0です。 ^o摂氏、華氏温度計の目盛りは32 ^oF. 逆に、1気圧では、摂氏目盛温度計の蒸気点温度は100 ^o摂氏、華氏温度計の目盛りは212 ^oF. 下の図を見てください！

温度計の目盛り

温度計の目盛りの種類

温度計で温度を測定するには、目盛りが定められている必要があります。一般的に使用される温度計の目盛りには、摂氏目盛りと華氏目盛りがあります。インドネシアで最も一般的に使用されている温度目盛りは摂氏目盛りです。摂氏目盛りは、センチグレード目盛りとも呼ばれます。センチグレードは100段階です。華氏目盛りは、アメリカ合衆国や冬の寒さが厳しい国でよく使用されます。科学において特に重要な温度目盛りは、絶対温度目盛り、またはケルビン目盛りです。ケルビン目盛りについては後ほど説明します。

摂氏温度と華氏温度は、水の凝固点と沸点を基準点としています。物質の凝固点とは、固体と液体が熱平衡状態にある温度のことです。逆に、物質の沸点とは、液体と気体が熱平衡状態にある温度のことです。凝固点と沸点は常に気圧によって変化するため、まず気圧を測定する必要があります。通常、標準気圧である1気圧（1気圧）を使用します。気圧は気圧の単位です。