熱と状態変化の15の例
熱問題の議論
1. 海水温を1℃上げるには 熱 3900ジュール。 比熱 海水 3,9 × 103 J/Kg°C の場合、海水の質量は…
A. 100 kg
B. 10kg
約1kg
D. 0,1 kg
討論
以下のことが知られています。
温度変化（ΔT) = 1oC
熱量（Q）＝3900ジュール
海水の比熱 (c) = 3,9 x 103 J/Kg°C = 3900 J/Kg°C
質問: 海水の質量（m）
ジャワブ：
熱の公式：
説明: Q = 熱量、m = 質量、c = 比熱、 ΔT = 温度変化
m = Q / c ΔT = 3900 / (3900)(1) = 3900 / 3900 = 1
海水の質量(m)＝1キログラム
正解はCです。
2. 質量2kg、温度30℃の銅が39.000Jの熱を受ける。銅の比熱が390J/kg℃である場合、銅の最終温度は…
A. 80℃
B. 50℃
C. 30°C
D. 20℃
討論
以下のことが知られています。
質量（m）= 2 kg
初期温度（T）1）= 30oC
吸収された熱量（Q）＝39.000ジュール
銅の比熱（c）＝390 J/kg oC
質問: 銅の最終温度（T2)
ジャワブ：
熱の公式：
Q = mc ΔT
説明：Q = 熱量、m = 質量、c = 比熱、ΔT = 温度変化
Q = mc ΔT = mc (T2 - T1)
39.000 = (2)(390)(T2 - 30）
100 = (2)(1)(T2 - 30）
100 = (2)(T2 - 30）
50=T2 – 30
T2 = 80oC
正解はAです。
3. 5 kg の水の温度を 15 °C から 40 °C まで上げるのに必要な熱量は…
（水の比熱 4,2 × 103 J/Kg°C)
A. 525.000 J
B. 420.000 J
C. 150.000 J
D. 21.000 J
討論
以下のことが知られています。
質量（m）= 5 kg
初期温度（T）1) = 15℃
最終温度（T）2) = 40℃
水の比熱 (c) = 4,2 × 103 J/kg°C
質問: 熱量（Q）
ジャワブ：
熱量計算式：
Q = mc ΔT
Q = (5 kg)(4,2×103 J/kg°C)(40°C – 15°C)
Q = （5）（4,2×103 J)(25)
Q = 525.000ジュール
正解はAです。
4. 24℃の2kgの水を90℃まで加熱します。比熱が4.200ジュール/kg℃の場合、水が受け取った熱量は...
A. 336.000ジュール
B. 259.200ジュール
C. 554.400ジュール
D. 543.600ジュール
討論
以下のことが知られています。
水の質量 (m) = 2 kg
初期温度（T）1) = 24℃
最終温度（T）2) = 90℃
水の比熱（c）＝4.200ジュール/kg℃
質問: 水が受ける熱量（Q）は…
ジャワブ：
カロリー：
Q = m c ΔT
Q = (2 kg)(4.200ジュール/kg℃（90℃～24℃）
Q = (132)(4.200ジュール）
Q = 554.400ジュール
正解はCです。
5. 質量5グラムの水を10℃から40℃まで加熱します。水の比熱が1 cal/g℃である場合、水の温度を上げるのに必要な熱量は…
A. 100カロリー
B. 150カロリー
C. 200カロリー
D. 400カロリー
討論
以下のことが知られています。
質量（m）＝5グラム
初期温度（T）1）= 10oC
最終温度（T）2）= 40oC
水の比熱（c）＝1 cal/gr°C
質問: 水の温度を上げるのに必要な熱量
ジャワブ：
熱の公式：
Q = mc ΔT
Q = (5グラム)(1 cal/gr°C)(40oC - 10oC)
Q = （5）（1カロリー）（30）
Q = 150カロリー
正解はBです。
6. 最も優れた熱伝導体は…
A. アルミニウム
B. 水銀
C.鉄
D. ガラス
討論
物質の熱伝導性は、その物質の種類によって異なります。物質の熱伝導能力を示す物理量を熱伝導率といいます。熱伝導率が高いほど、その物質の熱伝導能力は高くなります。
以下に、いくつかの材料の熱伝導率の値を示します。
鉄 = 40 J/ms Co
ガラス = 0,84 J/ms℃o
上記のデータに基づくと、熱伝導率が最も高いのはアルミニウムである。
正解はAです。
7. 25℃の水0,2kgoCは42.000ジュールの熱で加熱される。水の比熱が4200 J/kgの場合 oCの場合、水の最終温度は……
B. 80oC
C. 75oC
D. 50oC
討論
すべての単位は国際単位で表されますが、温度の単位は摂氏のままです。これは、熱の単位としてJ/kgが使用されるためです。 oC.
以下のことが知られています。
水の質量 (m) = 0,2 kg
熱量（Q）＝42.000ジュール
水の比熱 (c) = 4200 J/kg oC
初期温度（T）1）= 25oC
質問: 最終温度（T）2)
ジャワブ：
熱の公式：
Q = mc ΔT = mc (T2 - T1)
数式の説明：
Q = 熱量、m = 質量、c = 比熱、 ΔT = 温度変化、T1 = 初期温度、T2 = 最終温度
水の最終温度は次のとおりです。
Q = mc (T2 - T1)
42.000 = (0,2)(4200)(T2 - 25）
42.000 = 840 (T2 - 25）
42.000 = 840 T2 - 21.000
42.000 + 21.000 = 840 T2
63.000 = 840 T2
T2 = 75oC
正解はCです。
温度変化と形状変化
8. グラフに基づくと、CからDまでの過程で5kgの水に必要な熱量は（水の比熱＝4.200 J/kg） oC)は…
A. 210.000 J
B. 420.000 J
C. 21.000.000 J
D. 42.000.000 J
討論
以下のことが知られています。
水の質量 (m) = 5 kg
水の比熱 (c) = 4200 J/kg oC
初期温度（T）1）= 0 oC
最終温度（T）2）= 10 oC
温度変化（ΔT) = 10 oC - 0 oC = 10 oC
質問: 吸収された熱量（Q）
ジャワブ：
熱の公式：
Q = mc ΔT = (5 kg)(4200 J/kg oC)(10 oC) = (5)(4200 J)(10) = (50)(4200 J) = 210.000 ジュール
正解はAです。
9. 横のグラフを見てください！氷の比熱が2100 J/kgの場合、プロセスAで200グラムの氷をCに変化させるのに必要な熱量はどれくらいですか？ oC で、氷の融解熱は 336.000 J/kg です。
A. 4.200ジュール
B. 67.200ジュール
C. 71.400ジュール
D. 75.600ジュール
討論
以下のことが知られています。
すべての単位は国際単位系で表さなければならない。
氷の質量 (m) = 200グラム = 200/1000キログラム = 0,2キログラム
比熱（c）＝2100 J/kg oC
氷の融解熱（L）F) = 336.000 J/kg
質問: プロセスAからCに必要な熱量
ジャワブ：
プロセスAからBでは、氷が熱を吸収して温度を-10から上昇させる。oCは0になるoC.
プロセスAからBで吸収される熱量は、熱量公式を用いて計算されます。
Q = mc ΔT
式の説明：Q = 吸収された熱量、m = 氷の質量、c = 氷の比熱、ΔT = 温度変化
吸収された熱量は次のとおりです。
Q1 = mc ΔT = (0,2)(2100)(0-(-10) = (0,2)(2100)(10) = (2)(2100) = 4200ジュール
過程BからCでは、熱が吸収されて氷がすべて水に溶けます。この過程では状態変化のみが生じ、温度変化は起こりません。氷と水の温度は0℃のままです。oC.
プロセスBからCで吸収される熱量は、熱量計算式を用いて算出される。
Q2 = m LF = (0,2 kg)(336.000 J/kg) = 67200ジュール
プロセスAからCで吸収される熱量：
Q = Q1 + Q2 = 4200ジュール + 67200ジュール = 71400ジュール
正解はCです。
10. 以下の実験結果グラフに注目してください！
2 kg の水を加熱し、水蒸気の熱が 2,27 x 10 である場合6 水の比熱 = 4.200 J/kg oCと1気圧の空気圧の場合、BからCへのプロセスに必要な熱量は...
A. 3.360キロジュール
B. 4.540キロジュール
C. 4.876キロジュール
D. 5.212キロジュール
討論
以下のことが知られています。
水の質量 (m) = 2 kg
水蒸気の熱（L）V) = 2,27 x 106 J / kgの
水の比熱 (c) = 4.200 J/kg oC
質問: BからCへの過程で吸収される熱量。
ジャワブ：
プロセスAからBでは、水が吸収した熱を利用して水の温度を60℃から上昇させる。oCから100oC. 1気圧の空気圧では、水の沸点は100℃です。oC で、100 度に達した後oC 水はそれ以上の温度変化は起こらないが、液体から気体へと変化する。
プロセスBからCでは、吸収された熱はすべての水を気体に変えるために利用されます。吸収された熱量は次の式を用いて計算されます。
Q = m LV = (2 kg)(2,27 x 106 J/kg) = 4,54 x 106 ジュール = 4540 x 103 ジュール＝4540キロ ジュール
正解はBです。
11.
以下のグラフに注目してください
質量50グラムの氷を-5℃から加熱するo60℃の水oC 水。氷の融解熱が 80 cal/グラムの場合、氷の比熱は 0,5 cal/グラムです。 oC、水の比熱 = 1 cal/グラム oCの場合、CからDまでの過程で必要な熱量は…
A. 125カロリー
B. 3.000カロリー
C. 4.000カロリー
D. 7.125カロリー
討論
以下のことが知られています。
氷の質量（m es）＝50グラム
氷の温度 (T es) = -5 oC
氷の比熱 (c es) = 0,5 cal/グラム oC
氷の融解熱（L氷）＝80 cal/グラム
水温（T水）＝60 oC
水の比熱（c水）＝1 cal/グラム oC
質問：プロセスCからDにおける熱量は
ジャワブ：
プロセスAからBでは、氷の温度は-5から変化する。 oCは0になる oC
過程BからCでは、すべての氷が水に変化します（固体が液体に変化します）。この過程では、温度は変化しません。
プロセスCからDでは、水温が0から変化する。 oCは60になる oC
工程Aから工程Bに必要な熱量：
Q = mc ΔT
Q = (mes)(ces)(0 – Tes)
Q = (50)(0,5)(0-(-5)) = (50)(0,5)(5) = 125カロリー
工程BからCに必要な熱量：
Q = m L
Q = mes Les
Q = (50)(80) = 4000カロリー
工程CからDに必要な熱量：
Q = mc ΔT
Q = (m空気)(c空気）（T空気 - 0）
Q = (50)(1)(60-0) = (50)(1)(60) = 3000カロリー
工程A～Dに必要な熱量：
Q = 125 + 4000 + 3000
Q = 7125カロリー
著者は、この種の問題を解く方法を理解するのに役立つよう、各工程に必要な熱量を計算しています。問題は、工程CからDへの変換に必要な熱量です。
正解はBです。
12.
グラフの横にある数字に基づくと 熱 ABCのプロセスには3kgの氷が必要です…（比熱 es = 2.100 J/kgoC, 融解熱 es = 336.000 J/kg)
A. 630 kJ
B. 819 kJ
C. 1071 kJ
D. 3276 kJ
討論
上のグラフは、氷が水に変化する過程を示しています。
ABプロセスでは、熱を利用して氷の温度を-10℃から上昇させる。oCから0oC.
Q = mc (ΔT)
Q = (3)(2100)(0-(-10)) = (3)(2100)(10) = 63.000 ジュール = 63 kJ (kj = キロジュール)
BCプロセスでは、熱を用いて氷をすべて水に溶かします。このプロセスでは、氷の温度は変化しません。
Q = m LF
Q = (3)(336.000) = 1.008.000ジュール
ABCプロセスで氷を作るのに必要な熱量は以下のとおりです。
63 kJ + 1.008 kJ = 1071 kJ
正解はCです。
13.
-10℃の氷500グラムの加熱グラフに注目してください。oC以下！氷の比熱が2100 J/kgの場合oC、水の比熱 4.200 J/kgoC であり、氷の融解熱は 336.000 J/kg です。BCD のプロセスにはどれだけの熱が必要ですか？
A. 31.500 J
B. 63.000 J
C. 168.000 J
D. 231.000 J
討論
氷の質量はグラムで表されているので、キログラム（国際単位）に換算してください。500グラム＝0,5kg。
BCプロセスでは、熱を利用してすべての氷を溶かして水にする。
Q = m LF
Q = (0,5)(336.000) = 168.000ジュール
CDプロセスでは、熱を利用して水の温度を0から上昇させる。oCから30oC
Q = mc (ΔT)
Q = (0,5)(4200)(30-0) = (0,5)(4200)(30) = 63.000ジュール
BCDプロセスにおける製氷に必要な熱量：
168.000ジュール + 63.000ジュール = 231.000ジュール
正解はDです。
14.
下の氷1kgの加熱グラフを見てください！氷の比熱が2.100 J/kgの場合oC、氷の融解熱は336.000 J/kg、水の比熱は4.200 J/kgです。oCの場合、PQRプロセスに必要な熱量は…
A. 10.500 J
B. 21.000 J
C. 336.000 J
D. 346.500 J
討論
PQプロセスでは、熱を利用して氷の温度を-5℃から上昇させる。oCから0oC
Q = mc (ΔT)
Q = (1)(2100)(0-(-5)) = (1)(2100)(5) = 10.500ジュール
QRプロセスでは、熱を利用してすべての氷を水に溶かします。
Q = m LF
Q = (1)(336.000) = 336.000ジュール
PQRプロセスで氷を作るのに必要な熱量は以下のとおりです。
10.500ジュール + 336.000ジュール = 346.500ジュール
正解はDです。
15. 下の1kgの氷の加熱グラフを見てください！
ジカ 比熱 es 2.100 J/kgoC、氷の融解熱は336.000 J/kg、水の比熱は4.200 J/kgです。oCの場合、PQRプロセスに必要な熱量は…
A. 10.500 J
B. 21.000 J
C. 336.000 J
D. 346.500 J
討論
以下のことが知られています。
氷の質量 = 1 kg
氷の融解熱（L）F) = 336.000 J/kg
氷の比熱 (c es) = 2.100 J/kgoC
水の比熱（c水）＝4.200 J/kgoC
質問: PQRプロセスに必要な熱量
ジャワブ：
PからQへのプロセスでは、熱を利用して氷の温度を-5から上昇させる。oCは0になるoC. 熱量は次の式を用いて計算されます: Q = mc ΔT、ここで Q = 熱量、m = 氷の質量、c = 氷の比熱、ΔT = -5℃からの温度変化oCから0oC.
プロセスPからQに必要な熱量：
Q = mc ΔT = (1)(2100)(0-(-5)) = (2100)(5) = 10500ジュール
QからRへのプロセスでは、熱を用いてすべての氷を溶かして水にします。このプロセスでは、温度は変化しません。 熱量は次の式で計算されます：Q = m LFここで、Q = 熱量、m = 氷の質量、LF ＝氷の融解熱。
QからRまでの工程で必要な熱量：
Q = m LF = (1)(336.000) = 336.000ジュール
総カロリー：
10500 + 336.000 = 346.500ジュール
正解はDです。
質問元:
中学校／イスラム系中学校の理科全国統一試験問題
