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単語帳
中学3年生 (14-15歳)

熱エネルギーと熱平衡

Thermal Energy and Thermal Equilibrium

温度は、物質をつくる粒子がどれだけ活発に動いているかを示す尺度です。 熱い水と冷たい水を触れさせると熱は高温から低温へ移り、やがて温度が同じになる熱平衡に達します。 熱量 Q は質量・比熱・温度変化の積 Q = mcΔt で求め、熱平衡では失った熱と得た熱が等しくなります。 このページでは温度と時間を変えて、粒子の運動と熱平衡の過程を目で確かめてみましょう。

温度と粒子の運動
🔥 直観 — 熱いほど活発
①物質は小さな粒子(分子)でできている
②粒子は絶えず動いている
③温度が高いほど粒子は速く動く
④温度 = 粒子運動の激しさ
50°C
熱の移動と熱平衡
↔️ 熱は高温から低温へ
①熱湯と冷水を接触させると
②熱は高温→低温へ
③やがて同じ温度になる
④この状態を「熱平衡」という
0段階
熱エネルギーと熱量
🌡️ 熱量(Q)とは?
①物体が吸収/放出した熱の量
②単位: cal または J
③1 cal = 水1gを1°C上げるのに必要な熱
④1 cal ≈ 4.2 J
熱量の公式
Q = mcΔt
熱量 = 質量 × 比熱 × 温度変化
総まとめ
熱量
Q = mcΔt
Q (cal) = m (g) × c (cal/g·°C) × Δt (°C)
熱平衡の条件
Q放出 = Q吸収
失った熱 = 得た熱(熱平衡)
単位換算
1 cal ≈ 4.2 J
カロリーとジュールの関係
🎯 試験ポイント
①温度 = 粒子運動の激しさ
②熱は高温→低温に移動
③熱平衡: 2物体の温度が等しい
④Q = mcΔt(cが大きいほどΔT小)
⑤水の比熱 = 1 cal/g·°C(大きい)
例題と単元テスト
例題 1
水100 gの温度を20°Cから30°Cに上げるには熱量が何cal必要か?(水の比熱=1 cal/g·°C)
1
熱量 Q = 質量(m) × 比熱(c) × 温度変化(Δt)。
2
Q = 100 g × 1 cal/g·°C × (30 − 20)°C = 100 × 1 × 10 = 1000 cal。
1000 cal(100 × 1 × 10)
比熱が大きいほど、同じだけ温度を上げるのに多くの熱量が必要である。
例題 2
熱い水と冷たい水を接触させておくと、やがて二つの水の温度が同じになる。この過程で熱はどの向きに移動し、到達した状態を何というか?
1
熱は常に高温の物体から低温の物体へ移動する。
2
時間がたって二つの物体の温度が同じになり、もう熱が移動しない状態を熱平衡という。
熱は高温 → 低温へ移動 / 温度が同じになった状態 = 熱平衡
熱平衡では失った熱量と得た熱量が等しい(Q放出 = Q吸収)。
単元テスト
熱エネルギーと熱平衡についての説明として正しいものは?
熱は低温から高温へ自然に移動する
温度が高いほど粒子の運動は遅くなる
熱平衡の状態では二つの物体の温度が同じである
熱量の単位は°Cである
比熱が大きいほど温度が速く変わる
③ 熱平衡の状態では二つの物体の温度が同じである
1
熱は高温から低温へ移動し(①誤)、温度が高いほど粒子の運動は速くなる(②誤)。
2
熱量の単位はcalまたはJで(④誤)、比熱が大きいほど温度はゆっくり変わる(⑤誤)。熱平衡では二つの物体の温度が同じである(③正)。
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