中2理科:電熱線の発熱量と水の温度上昇

<ポイント>
・「水1gの温度を1℃上昇させるためには、4.2Jの熱量」が必要
〔与えられた熱量[J]〕= 4.2 ×〔水の質量[g]〕×〔水の上昇温度[℃]〕
・〔電流による発熱量〕≧〔水が得た熱量〕
水の温度を上昇させるためには、熱量が必要です。
その熱量は「水1gの温度を1℃上昇させるためには、4.2Jの熱量が必要」という関係より、
〔与えられた熱量[J]〕= 4.2 ×〔水の質量[g]〕×〔水の上昇温度〔℃〕〕
という式が得られます。

また、水を温度上昇させるために、電熱線を使って熱量を与える問題が多いです。
電熱線に電流が流れると発熱して、熱量が水に与えられます。
このとき、熱の一部は外部へ逃げてしまうはずなので、
〔電流による発熱量〕≧〔水が得た熱量〕という関係になります。
(〔電熱線の電力[W]〕×〔時間[s]〕≧4.2 ×〔水の質量[g]〕×〔水の上昇温度〔℃〕)

問題によっては、「電熱線による発熱は、すべて水の温度上昇に使われる」と注意書きがあります。
この場合は、〔電流による発熱量〕=〔水が得た熱量〕として考えましょう。

【直列回路と並列回路における発熱量】
・直列回路の場合
電力は抵抗の大きさに比例し、発熱量は電力の大きさに比例します。
このことから、各電熱線の発熱量の比は「各電熱線の抵抗の大きさの比」に等しくなります。

・並列回路の場合
電力は抵抗の大きさに反比例し、発熱量は電力の大きさに比例します。
このことから、各電熱線の発熱量の比は「各電熱線の抵抗の大きさの逆数の比」に等しくなります。

<補足>
熱量の単位には、「カロリー[cal]」が使われることがあります。
「1[cal]は、水1gの温度を1℃上昇させるのに必要な熱量」と定義されています。
カロリーとジュールの関係で言えば、1[cal]=約4.2[J]となります。

問題によって、どちらの単位が使われているのかに注意しましょう。

<まとめ>
・「水1gの温度を1℃上昇させるためには、4.2Jの熱量」が必要
〔与えられた熱量[J]〕= 4.2 ×〔水の質量[g]〕×〔水の上昇温度[℃]〕
・〔電流による発熱量〕≧〔水が得た熱量〕

 

※ 理解を優先するために、あえて大雑把に書いてある場合があります

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