高校物理をやさしく解説するブログ

高校物理をやさしく解説するブログです。説明は全てテキスト中心にまとめております。図はたまにありますが基本的に想像力を働かせて読んでください。「読んで」物理のイメージを作りましょう。

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    堀口塾

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    カテゴリ: 高校物理 熱力学

    〔高温の物体〕

    〔低温の物体〕
    を接触させる。

    すると、
    〔高温の物体〕
    から
    〔低温の物体〕
    へ、熱が移動する。

    〔高温の物体〕⇒⇒(熱)⇒⇒〔低温の物体〕

    そして、やがて、
    両者の温度は等しくなる。

    この状態を
    熱平衡状態という。

    このとき、

    (高温物体が放出する熱量)
       =(低温物体が吸収する熱量)


    が成り立つのが、
    「熱量保存の法則」
    である。

    この法則が成り立つとき、
    高温物体と低温物体の
    両方を含む世界が、
    ある一つの囲みの中で存在するとし、

    その囲みから外に、
    熱が逃げていかない


    ということが前提である。

    簡単にいうと、
    「魔法瓶の中で実験が行われている」
    と考えてよいでしょう。

    また、熱は必ず、
    高温の物体から低温の物体へ移動し、
    その逆は起こらない。


    これを、不可逆変化という。 【熱量保存の法則】の続きを読む

    夏に神輿を担ぎました。
    だいたい20人くらいで担ぐんですけど、
    ひとりあたま一体どのくらいの力が
    必要なのか?と考えてしまった。

    さて、圧力の話です。

    10m2に働く力を10人で加えたとき。

      壁1m2 ・・|  1人分の力 ・・・ ← と、しましょう。

    壁は10個ありますから、10m2です。
    そこに力が10個働いていますから、
    10人分の力となります。
     
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    「圧力」というのは、ただの力ではなく、
    単位面積当たりにはならく力
    つまり、1m2当たりの面積にはたらく力のことです。
    【気体の圧力 その1】の続きを読む

    原発の内部でどのような核反応が
    起こっているかは定かではないけれど、
    圧力などのイメージはボイル・シャルルの法則を
    イメージするとよいでしょう。

    圧力の説明はこちらから。

    単純に核反応などの影響が
    ほとんどないとした場合を仮定しましょう。

    気体が存在する場合、圧力、体積、温度は、
    ボイル・シャルルの法則に従っている。

    圧力=p
    体積=V
    温度=T

    です。

    ボイル・シャルルの法則は次のようになります。
    (pV)/T=一定 ⇒ (pV)/T=(p'V')/T'

    ガイガーカウンターの在庫をチェック 【原発事故とボイルシャルルの法則】の続きを読む

    物理では、気体の分野を考えるとき、
    私たちの目には見えないが、気体を、
    原子や分子、一粒一粒が運動している、
    とみなして扱っていく。

    本当に気体分子が運動しているのか?

    ということだが、煙が上がっていく様子を思い浮かべましょう。

    【気体分子の運動のイメージ】の続きを読む

    ジュールの実験

    日常生活における
    熱量の単位には
    よくカロリーが用いられるが、
    国際単位系のSIでは
    ジュール([J])という単位が用いられます。

    カロリーは、

    基準を水1gの温度を
    1℃上昇させるのに必要な熱量を1cal


    として設定しました。

    これに対しジュールという単位は、
    もともと仕事やエネルギーの単位で
    calとは直接結びつきません。

    しかし,熱力学第一法則より
    ピストンの付いた容器に外から仕事を加えると
    中の気体が熱くなる
    ということから熱量と仕事の間には
    関係があることがわかっています。

    【ジュールの実験】の続きを読む

    理想気体に関して、次の気体の法則が成り立ちます。

    ボイルの法則(T=一定のとき)
    pV=一定 ⇒ pV=p'V'

    シャルルの法則(p=一定のとき)
    V/T=一定 ⇒ V/T=V'/T'

    ボイル・シャルルの法則
    (pV)/T=一定 ⇒ (pV)/T=(p'V')/T'

    【気体の法則】の続きを読む

    容器に入った水を一生懸命かきまぜよう。

    そのときに水の温度は上昇するのだろうか?

    確かに上昇はする・・・しかしほんのわずかだ。

    では、水の温度を上昇させるためには、
    一体、どのくらいの仕事をすればよいのか?

    気になりますよね。

    そんな実験をしたのがジュールさんです。

    仕事に対する温度上昇から、
    カロリー表示の熱量Qと仕事Wを
    換算するための定数を求めたのです。 【ジュールの実験 仕事当量】の続きを読む

    熱量


    熱量とは物体が持っている
    「熱エネルギーの量」のことである。

    比熱、熱容量は
    物体の温まりやすさを示す量。

    比熱

    比熱は物質1gについての量。

    物質1gを温度1K上昇させるのに必要な熱量だ。

    水の場合は1gを温度1K上昇させるのに約4.2Jが必要である。

    だから、水の比熱は4.2、
    単位も含めて4.2J/(g・K)となる。

    比熱はいろいろな物質で異なるから、
    c〔J/g・K〕とおく。

    では、これを発展させて、
    m〔g〕、比熱c〔J/(g・K)〕の物体を
    温度ΔT〔K〕だけ上昇させるために
    必要な熱量を求めてみると、

    Q = m・ΔT・c

    と求まる。

    つまり、

    比熱c,質量mの物体の温度ΔTだけ変化させる熱量Qは

    Q = m・ΔT・c

    比熱の単位は[J/(g・K)]である。

    ※calを用いる場合、[cal/(g・℃)] となる。(水の比熱は1 cal/(g・℃) )

    熱量の計算では、質量の単位はふつう[g]を用いる。
    また、熱量の単位は[J](ジュール)を用いる。

    熱量の単位もcalも用いられるが、1 calは、
    水1gを1℃上昇させるのに必要な熱量を表わす。

    では、熱容量にいってみましょう。 【熱量と比熱、熱容量とは?】の続きを読む

    はじめ教室内にみんな着席していました。

    教室内の温度はとても低く、
    皆は動かずにじっと着席していました。

    そこで暖房のスイッチをON!
    教室内はだんだん温まって、
    みんなは動き出しました。

    はじめは席の近くの人と話し出します。

    そのうち席を立って動き出します。

    さらに温度が上昇します。

    皆の話も盛り上がって、
    どこでも自由に動き回って、
    教室内のあちらこちらへ散らばっていき、
    しまいには、教室外に出てしまう人もいます。

    この風景、イメージできましたか?!

    物質の温度を上昇させると、
    一般に、
    固体→液体→気体
    と状態変化していく。 【温度と熱運動】の続きを読む

    気球はなぜ浮くか?

    気球のバルーンが大気から受ける浮力によって浮く。

    しかし、条件がそろわないと浮かない。

    その条件とは、
    バルーンが受ける浮力が
    気球自体の重さ+バルーン内部の気体の重さ
    よりも大きくなければ浮かない。

    とても簡単に言ってしまえば、
    子供がもっている風船は
    なぜ浮くのか?中に入っている気体が、
    まわりの空気よりも軽いからである。 【気球はなぜ浮くか?】の続きを読む

    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) 【高校物理 熱の分野の単位について】の続きを読む

    こではすごいプランですね。
    海藻からバイオ燃料 東京海洋大、三菱総研など
    日本海で2000万キロリットル生産へ
     養殖した海藻から石油代替燃料として注目されるバイオエタノールを大量に生産する壮大な構想が22日、明らかになった。東京海洋大、三菱総合研究所を中心に三菱重工業など民間企業が参画する研究グループがまとめたもので、日本海に1万平方キロメートルの養殖場を設け、ガソリンの年間消費量6000万キロリットルの3分の1に相当する2000万キロリットルのバイオエタノールを海藻から生産する計画だ。政府は2030年度に国産バイオ燃料を600万キロリットル生産する目標を掲げており、今回の構想は目標を実現する有力な方法として注目されそうだ。

    【海藻からバイオ燃料 東京海洋大、三菱総研など】の続きを読む

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