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イントロ

潜熱と温度が変わらない加熱

熱を加えても温度が上がらない時間がある

状態変化中に加えた熱は、温度を上げるだけでなく粒子どうしの関係を変えるために使われます。そのため、加熱していても温度が一定に見える区間があります。

定義

潜熱

教科書では
物質が状態変化するときに出入りする熱量です。
言いかえると
氷が水になるときや水が水蒸気になるとき、熱は粒子の動きを速くするだけでなく、粒子どうしの関係を変えるためにも使われます。この状態変化に使われる熱量を潜熱として扱います。
公式

潜熱の公式

状態変化に必要な熱量は、質量と潜熱から求めます。

潜熱

質量mの物質が状態変化するときに出入りする熱量Qを求めます。

  • 熱量
  • 質量
  • 単位質量あたりの潜熱
使うときのコツ

温度が変わる場面ならmcΔT、状態変化ならmLを疑います。

解くコツ

問題文に『融ける』『沸騰する』などがあれば、状態変化中かを先に確認します。

比較
場面使う式見る量
温度が変わるQ = mcΔT温度変化 ΔT
状態が変わるQ = mL潜熱 L
加熱曲線斜めと横ばいを分ける何に熱が使われるか

場面温度が変わる

使う式
Q = mcΔT
見る量
温度変化 ΔT

場面状態が変わる

使う式
Q = mL
見る量
潜熱 L

場面加熱曲線

使う式
斜めと横ばいを分ける
見る量
何に熱が使われるか

温度変化か状態変化かを先に見分けると、式を選びやすくなります。

図解氷から水へ状態変化するとき、加えた熱が粒子の関係を変える様子を示した図
状態変化中の熱は、粒子の関係を変えるためにも使われます。だから、熱を加えていても温度だけが上がるとは限りません。
図解加熱曲線で、温度が上がる区間と状態変化で横ばいになる区間を示した図
加熱曲線の横ばい区間では、熱が温度上昇ではなく状態変化に使われています。グラフの形から、どの式を使うかを判断します。
手順

式の選び方

  1. 1

    温度が変わっているかを見る

  2. 2

    状態変化中かを見る

  3. 3

    質量 m と潜熱 L を読む

  4. 4

    状態変化なら Q = mL に入れる

場面
0℃の氷10gを融かす。融解熱を330J/gとする。
順に考えると
氷が水になる状態変化なので、Q = mL を使います。m = 10g、L = 330J/g を入れると、Q = 10 × 330 = 3300J です。この計算は氷を融かす分だけを見ているので、融けた後の水をさらに温める熱量は別に Q = mcΔT で考えます。温度が0℃のままでも、状態変化のために熱が必要です。
ここが結論
氷を融かすのに必要な熱量は3300Jです。
注意

熱を加えると必ず温度が上がる、ではない

確認

確認テスト 1

Q1

沸騰中の水に熱を加えても温度が上がりにくい主な理由はどれですか。

確認

確認テスト 2

Q1

氷が0℃で融けている間に加えた熱の主な使い道はどれですか。

まとめ

まとめ

  1. 1

    潜熱は状態変化に出入りする熱量

  2. 2

    状態変化中は温度が一定に見えることがある

  3. 3

    温度変化なら Q = mcΔT

  4. 4

    状態変化なら Q = mL を使う

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