物理基礎:潜熱(練習問題)

<ポイント>
・状態変化するときには、潜熱(融解熱・蒸発熱)を考える必要がある
・同じ状態のまま温度上昇するなら Q = C・ΔT=mc・ΔT
・〔潜熱〕+〔温度上昇にかかる熱量〕
〔問題〕

水の融解熱は 335[J/g]、蒸発熱は 2263[J/g]である。0℃の氷 100g を 100℃ の水蒸気にするための熱量を求めなさい。ただし、水の比熱を 4.2[J/g・K] とし、水の融点は 0℃、沸点は 100℃ とする。

〔解説〕

この問題では、「氷から水蒸気へと状態変化するところまで」にかかる熱量が問われています。

これを、
①氷→水に状態変化(融解熱)
②水の状態で100℃まで温度を上げる
③水→水蒸気に状態変化(蒸発熱)
の3段階に分けて考えていきます。

①氷→水に状態変化
「融解熱」とは、固体の水(氷)が液体の水になるのに必要な熱量のことです。
また単位からも分かるように、融解熱は「氷1gを融解する(水に状態変化させる)のに335Jが必要」という意味です。

よって、
100 × 335 = 33500[J]

②水の状態で100℃まで温度を上げる
水の比熱が 4.2[J/g・K] なので、0℃→100℃まで温度上昇するのに必要な熱量は、

Q = mc・ΔT より、
100 × 4.2 × (100-0) =4200[J]

③水→水蒸気に状態変化
「状発熱熱」とは、液体の水が気体の水(水蒸気)になるのに必要な熱量のことです。
また単位からも分かるように、蒸発熱は「水1gを融解する(水蒸気に状態変化させる)のに2263Jが必要」という意味です。

よって、
100 × 2263 = 226300[J]

①②③より、〔潜熱〕+〔温度上昇にかかる熱量〕と考えて
33500 + 4200 + 226300 = 301800[K]

<まとめ>
・状態変化するときには、潜熱(融解熱・蒸発熱)を考える必要がある
・同じ状態のまま温度上昇するなら Q = C・ΔT=mc・ΔT
・〔潜熱〕+〔温度上昇にかかる熱量〕

 

※ 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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