・熱量保存の法則とは
・熱量保存の法則の問題の計算方法
物理基礎の熱の分野で一番よく出題される問題が「熱量保存の法則」についての問題です。
保存とは、力学的エネルギー保存の法則のように「何かが一定で変わらない」という意味になります。
今回は、熱量保存の法則がどのような法則なのか、計算方法等についてわかりやすく簡単に解説をしていきます。
熱量保存の法則とは
高温の物体が失った熱量=低温の物体が得た熱量
熱量保存の法則とは、「高温の物体が失った熱量=低温の物体が得た熱量」のことを言います。
熱いものと冷たいものを混ぜている問題が出たときは、熱量保存の法則を使って解きましょう。
熱いものと冷たいものを混ぜると、やがて同じ温度になります。(熱平衡(ねつへいこう)と言います)
このとき、高温の物体から低温の物体に熱が移動するのですが、熱が外部に逃げない場合、高温の物体から出たエネルギーと低温の物体が受け取ったエネルギーの大きさは等しくなります。
これが熱量保存の法則です。
熱量保存の法則では、高温の物体が失った熱量と低温の物体が得た熱量の計算式を立式する必要があります。
問題文に熱容量が書かれている場合は\(Q=CΔT\)
比熱が記載されている場合は\(Q=mcΔT\)
を使いましょう。どちらを使うかは問題によります。
温度変化ΔTに関してですが、
高温の物体が失った熱量=低温の物体が得た熱量と立式する場合は、ΔTが必ずプラスになるように引き算をしてください。必ず、大きい方から小さ方を引きましょう。
では、例題に入ります。
例題
例題1
70℃の湯50gと20℃の水300gを混ぜると何℃になるか、有効数字2桁で答えなさい。ただし、水の比熱を4.2 J/(g・K)とし、熱は外部に逃げないものとする。