基礎物理学チュートリアル

連続の式に関する記事

蛇口をゆっくり開けて、水が出てくる速度に注意してみてください。次に、蛇口を閉めたときと閉めたときで、どちらの方が水の流れが速いか比べてみましょう。なぜそうなるのでしょうか？これを理解するには、連続の式を勉強してください。

効率化する

定常流では、例えば点Aにおける各流体粒子の速度は常に一定です。点Bを通過する際、流体粒子の速度は変化する可能性があります。しかし、点Bに到達すると、後方から来る流体粒子は前方から来る流体粒子と同じ速度で流れます。点Cなども同様です。流れ線は、点A、B、Cを結ぶ曲線です。

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1. ブラック原則の定義

開いた容器（例えばバケツ）で温水と冷水を混ぜると、熱は温水から冷水へと移動します。容器が開いているため、熱の一部は空気中に放出されます。容器自体も温かくなります。温水から放出された熱は冷水だけでなく、大気や容器にも吸収されます。この場合、バケツは非断熱系です。一方、密閉された魔法瓶で温水と冷水を混ぜると、熱は温水から冷水へと移動します。魔法瓶は断熱系なので、熱は空気中にも魔法瓶内部にも移動しません。温水と冷水の混合物が熱平衡に達するまで、冷水は温水から放出された熱のみを吸収します。

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1. 放射による熱伝達の定義

暑い日に黒い服を着たり、日中に運動したりすると、どんな感じがしますか？白い服を着ている時と比べてみてください。日中に黒い服を着ると、暑く感じますよね。なぜでしょうか？朝の太陽と地球の距離は、昼間や夕方の太陽と地球の距離とほぼ同じです。それなのに、なぜ朝晩は涼しく、昼間は暑いのでしょうか？これらの疑問の答えは、放射による熱伝達に関係しています。

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対流による熱伝達に関する記事

晴れた日にビーチに行ったことはありますか？晴れた日には、ビーチには必ず海から風が吹いています。なぜビーチにはいつも風が吹いているのでしょうか？また、なぜ海風（海から陸へ吹く風）は日中に、陸風（陸から海へ吹く風）は夜に吹くのでしょうか？雨季にはなぜ雲が斜面まで降りてくるのでしょうか？なぜ風は涼しく感じるのでしょうか？これらの疑問への答えは、陸と海の比熱、膨張、密度、そして対流による熱伝達に関係しています。

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1. 伝導による熱伝達の定義

木製の椅子に座ると、椅子の表面が温かくなります。逆に、プラスチックや金属製の椅子に座ると、座った後も椅子の表面は温かく感じません。なぜ木製の椅子の表面は温かくなるのに、金属製の椅子の表面は温かくならないのでしょうか？マットレスなしで冷たい床に寝ると、なぜ痛みを感じるのでしょうか？防寒ジャケットを着たことがありますか？なぜ防寒ジャケットのほとんどはウールでできているのでしょうか？伝導による熱伝達というテーマには、まだまだ考えるべきことや疑問に思うべきことがたくさんあります。

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潜熱、比熱、熱容量に関する記事

冷水と氷の混合物が入った容器に水銀温度計を入れると、水銀面が下へ移動した後、動きが止まるのを観察できます。水銀面は、水の凝固点（0℃）に達すると動きが止まります^。容器が開いている場合、高温の空気から氷と冷水の混合物に熱が流れます。空気からの熱が加わることで氷が溶けます。氷が溶ける限り、氷と冷水の混合物の温度は変化しますか？氷が溶ける限り、水と氷の混合物の温度は変化しません。

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記事 熱の定義 熱の機械的当量 熱の式

1. 熱の定義

温度差のある物体同士が接触すると、高温の物体から低温の物体へ熱が移動します。接触した物体が同じ温度に達すると、熱の移動は止まります。例えば、お湯と冷水を混ぜると、通常は熱がお湯から冷水へ移動します。熱い鉄を冷水に入れると、熱が鉄から水へ移動します。鉄と水が同じ温度に達すると、熱の流れは止まります。看護師が体温計を体に当てると、熱は

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4℃以下の水の異常な挙動に関する記事

温度が上昇すると物体は膨張し（物体の体積が増加）、温度が低下すると物体は収縮します（物体の体積が減少）。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℃ではそうではありません。0 ^℃から⁴ ℃の間では、温度が上昇すると水の体積は減少します（水は収縮します）。0 ^℃で水を加熱すると、水は熱くなり、水の体積は減少します。水が4℃に達すると収縮プロセスは停止します。4 ^℃を超えると、温度が上昇すると水の体積は増加します。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）。

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ほとんどの固体は、温度が変化すると線膨張を起こします。線膨張とは、物体の長さが増加または減少することです。通常、温度が上昇すると物体の長さは増加し、温度が下がると物体の長さは減少します。線膨張は細いワイヤーのような物体にしか起こらないと思うかもしれません。例えば、道路脇に駐車して太陽にさらされている車を見てみましょう。車が過熱すると、鉄板が厚くなったり、側面の長さが長くなったりすることがあります。亜鉛製の家の屋根も膨張することがあります。この場合、亜鉛が過熱すると、亜鉛の縁が広がり、亜鉛が厚くなることもあります。鉄道の線路や橋の鉄や鋼でも同じことが起こります。

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温度スケールの変換に関する記事

摂氏温度と華氏温度は異なる温度目盛です。物体の温度を摂氏で測定し、華氏で表したい場合、摂氏から華氏に変換します。このセクションでは、温度目盛の変換方法を学びます。

1気圧の圧力では、摂氏温度計の凝固点温度は0℃です。 ^o摂氏、華氏温度計は32度 ^oF. 逆に、1 atm の圧力では、温度は 沸点 摂氏目盛の温度計の場合 = 100 ^o摂氏1度、華氏212度の温度計 ^oF.

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