水の温度上昇とジュールの関係は?計算問題を解いてみよう【演習問題】

水の温度上昇とジュール(エネルギー)の関係は?計算問題を解いてみよう【演習問題】

 

こちらのページではジュール(熱量)と水の温度上昇の関係について解説していきます。

 

・水の温度上昇とジュール(エネルギー)の関係

 

・ジュール(熱量)から水の温度変化を求めてみよう【演習問題】

 

というテーマで解説していきます。

 

 

水の温度上昇とジュール(エネルギー)の関係

 

水の温度上昇の問題は、水の「質量」「比熱」「温度の変化分」と「エネルギー:単位ジュール」の関係式を使用し求めていきます。

 

この計算式とはQ = mc⊿t のことであり、Q:エネルギー:ジュール、m:質量、c:比熱、⊿t:温度変化を表しています。

 

 

エネルギー量(熱量)、質量、温度変化は言葉そのものですが、比熱のイメージができないかもしれませんので、以下で簡単に解説していきます。

 

比熱とは、物質のあたたまりにくさのことを指し、物質固有の値です。例えば、水の比熱は約4.2J/(K・g)です。

 

ここで、比熱が大きいほど、比例してエネルギー:ジュールが大きくことになります。つまり、比熱の大きさは温めるために必要なエネルギーのことを指すのです。

 

水の温度上昇に着目した場合は、上式が以下のように書き換えられます。

 

 

なお、水つまり液体の状態での温度変化では、上式を用いればいいのですが、蒸発したり、固まったりする場合には潜熱というものを考えないといけないため、別の解き方となるので気を付けましょ。

 

例えば、蒸発と伴う温度変化(蒸発潜熱の計算)はこちらで解説していますので、参考にしてみてください。

 

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ジュール(熱量)から水の温度変化を求めてみよう【演習問題】

 

それでは、実際の水温の温度変化の計算問題を解いてみましょう。

 

例題

 

20℃で10gの水に対して、1260ジュールのエネルギーをヒータから与えたとします。このときの温度変化後の温度を求めていきましょう。

 

解答
 
上述の計算式を用います。

 

1260 = 10 × 4.2 × ⊿T より、 ⊿T=30Kとなります。 よって、20+30 = 50℃となることがわかります。

 

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