同じ火にかけても、水はなかなか熱くならず金属はすぐ熱くなります。この違いは比熱で説明できます。あわせて熱膨張も学びましょう。
黒崎 サニー
鍋の水はなかなか沸かないのに、フライパンはすぐ熱くなるよね。
なんで?
緑川 カナ 先生
それは比熱が違うからよ。
比熱は、物質1gの温度を1℃上げるのに必要な熱量のこと。
水は比熱が大きいから、温めるのにたくさんの熱がいるの。
栗原 せな
補足すると、熱量の単位はジュール(J)やカロリー(cal)です。
水の比熱は約4.2 J/(g・℃)と大きく、金属はこれより小さいので少ない熱で温度が上がります。
麦倉 ふわり
必要な熱の量って、計算で出せるんですかぁ?
緑川 カナ 先生
出せるのよ。
熱量=比熱×質量×温度変化、という式で求めるの。
重いほど、温度を大きく変えるほど、たくさんの熱が必要になるわね。
黒崎 サニー
じゃあ水の比熱が大きいのは、消火にも役立つってこと?
緑川 カナ 先生
いいところに気づいたわね。
水は温まるときに大量の熱を奪ってくれるから、冷やして消す冷却効果が高いの。
だから水は代表的な消火剤なのよ。
栗原 せな
もう一つ大切なのが熱膨張です。
多くの物質は温度が上がると体積が増えます。
液体も例外ではなく、温度が上がると膨らみます。
麦倉 ふわり
だから、容器いっぱいに液体を入れちゃいけないんですかぁ?
緑川 カナ 先生
そのとおりよ。
液体を満タンにして密閉すると、温度上昇で膨張したぶんの逃げ場がなくなって、容器が破損したり漏れたりするの。
だから少し空間を残すのが鉄則ね。
黒崎 サニー
要は、あたたまると膨らむぶんの余裕を残しておけってことだね!
栗原 せな
整理すると、体積が増えても中身の量(質量)は変わりません。
体積だけ増えるので、単位体積あたりの重さ、つまり密度は小さくなります。
緑川 カナ 先生
そう、温めると密度が下がる。
これも危険物の貯蔵で押さえておきたい性質よ。
比熱と熱膨張はセットで覚えるといいわね。
麦倉 ふわり
熱を入れると温度も体積も変わるんですねぇ。
奥が深いのぉ。
確認クイズ
液体の熱膨張に関する記述として正しいものはどれか。
- 温度が上がると質量が増える
- 温度が上がると体積が増え、密度は小さくなる
- 温度が上がっても体積は変化しない
- 温度が上がると密度が大きくなる
こたえを見る
正解: 2. 温度が上がると体積が増え、密度は小さくなる
正解は2番。熱膨張では体積が増えますが質量は変わらないため、密度(=質量÷体積)は小さくなります。質量は増えず、体積は変化するので、他の選択肢は誤りです。
