高校物理における、
熱の分野の単位について

物理量の単位は、
右表の国際単位系(SI単位系)を
標準の単位として用いる。

長さ:m(メートル)
質量:kg(キログラム)
時間:s(セカンド)
電流:A(アンペア)
温度:K(ケルビン)
熱量:J(ジュール)

これより、
熱の分野においては、

温度・・・〔K〕
熱量・・・〔J〕  

の単位が一般に用いられるので、
覚えておこう。

ちなみに、生活の中でよく聞く熱量の単位は、
〔cal〕カロリーであるが、
この単位は物理学では用いられなくなった。
(問題ではたまに出てくるのだが)

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絶対温度は〔K〕を用いること

t [℃] とT [K] の間には
T = t + 273
の関係がある。

 体積V〔m3〕と温度T〔℃〕の関係において、
シャルルの法則が成り立つのだが、
この法則から、気体が存在しない (V = 0)のときの
温度、絶対零度 (0K) がわかる。
よって,絶対零度より低い温度は
ないということになる。
 
熱量は 〔J〕を用いること

ジュールの実験より熱量Q [cal]を得るのに、
約4.2[J] の仕事をすればよいことがわかった。
すなわち熱量Q [cal] は 4.2Q [J] に相当する。

熱量 W = 4.2Q
  [J] [cal]

比熱は [K] と [J] から求まる単位 [J/g•K] を用いること

熱量の式 Q = m•c•t より Q = 4.2 • m • c • t = m • 4.2c • T
                    ↓ ↓
  [cal/g•℃]  [J/g•K]
と変形できる。

温度tをT[K] にして、
比熱cの値を4.2倍すれば熱量Qも
[J] の単位に変わる。

このとき比熱の単位は[J/g•K] となる。

改めて、熱量の式を書いてみると、

熱量 Q = m • c • T
     [J] [g] [J/g•K] [K]

と示され、これを用いること。

おもな物質の比熱を単位 [J/g•K] で計算してみよう。

物質名  温度(℃) 比熱(cal/g•℃)

水(15℃)1
氷(0℃)
エタノール(20℃)
菜種油(20℃)
アルミニウム(20℃)
鉄(20℃)
銅(20℃)
銀(20℃)

温度(℃)
15
–1
0

比熱
(cal/g•℃)
1
0.50
0.55
0.47
0.21
0.10
0.090
0.055

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