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。

この記事における熱の公式の導出は、論理的な推論に基づいています。この推論の妥当性は、日々の経験に基づいて、あるいは実験を行うことで証明できます。

熱量(Q)と温度変化(ΔT)の関係

同じ質量の水が入った容器が2つあります。2つの異なるバーナーを使って水を加熱します。一方のバーナーの炎は弱く、もう一方のバーナーの炎は強くなっています。両方を10分間加熱した場合、どちらの容器の方が熱くなりますか?水を加熱したことがある人なら、炎の強いコンロで加熱した水の方が熱くなる(水の最終温度が高くなる、または温度変化が大きくなる)ことに同意するでしょう。

炎は熱量(Q)を表します。小さな炎は熱量が少なく、大きな炎は熱量が多いです。熱量が少ないときは温度変化も小さく、熱量が多いときは温度変化が大きくなります。熱量が多いほど、温度変化も大きくなります。したがって、熱量(Q)は物体の温度変化に比例すると結論付けられます。

熱の公式 - 1関係 熱量(Q)と物体の質量(m)

質量が異なる2つの容器に水が入っています。一方の容器には水が多く、もう一方の容器には水が少なく入っています。同じ炎の2つのストーブで水を加熱します。両方を10分間加熱した場合、どちらの容器の水がより熱くなりますか? 水を加熱したことがある人なら、水が少ない容器の水の方が熱くなる(水の最終温度が高い、または温度変化が大きい)ことに同意するでしょう。水が多い容器の水が少ない容器の水と同じ温度変化を経験するためには、水が多い容器を加熱する炎を大きくする必要があります。

水の量は水の質量(m)を表し、炎の大きさは熱量を表します。したがって、熱量(Q)は物体の温度変化に比例すると結論付けられます。水の量が多いほど、水の温度を上げるのに必要な熱量も多くなります。

熱の公式 - 2

熱量(Q)と物体の種類(c )の関係

同じ大きさの鉄棒とガラス棒を同じ炎で同時に加熱した場合、どちらが早く温まるでしょうか?鉄でしょうか、それともガラスでしょうか?もちろん、鉄の方が早く温まります。このことから、物体の温度を上げるのに必要な熱量は、物体の種類に比例すると言えます。

熱の公式 - 3上記の3つの比較は、以下の式にまとめられます。

熱の公式 - 4これは公式、つまり熱方程式です。
情報:Q = 熱量(ジュール)、m = 物体の質量(kg)、c = 物体の比熱(J/kg℃)o)、ΔT = 温度変化 (℃)o またはK)

1. -22 ℃の氷5kgを、 0 ℃で完全に溶けるまで加熱します。氷の潜熱が333kJ/kg、比熱が2100J/kg℃の場合、必要な熱量は...

A. 1496 kJ

B. 1596 kJ

C. 1696 kJ

D. 1796 kJ

E. 1896 kJ

討論

周知された:

氷の質量 (m) = 5 kg

初期温度( T) = -22 ℃

氷の潜熱 (L) = 333 kJ/kg = 333.000 J/kg

氷の比熱 (c) = 2100 J/kg C o

質問:必要な熱量(Q)

ジャワブ:

プロセス1:氷の温度を-22℃から0 ℃まで上げる

Q = mc ΔT = (5)(2100)(22) = 231.000ジュール

手順2:氷をすべて溶かして水にする

Q = m L = (5)(333.000) = 1.665.000 J

総熱量 = 231.000 J + 1.665.000 J = 1.896.000 J = 1.896 kJ

正解はEです。

質問元:

SBMPTN 物理問題

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