固体液体の熱力学①（温度や熱のイメージ）
（実際には，運動量の問題演習を1問行ってからのため， 50分の授業時間をとれていません。）
１．この章の目的
これからは熱力学を勉強していきます。 この章では主に固体と液体を扱います。気体については高校3年で扱います。 まず温度は何か，熱とは何か，熱力学とは何かについて概要を理解してくれればと思います。
２．温度と熱のイメージ調査
教えるプロでない発言かもしれませんが，
君たちが温度や熱に関してどのようなイメージを持っているのかわからなくなって，
どうやって教えようか悩んでしまったのです。
それであれこれ考えたんですが，
最終的には「聞いてしまえ！」と思ったのです。
ですので，今日は私の勉強のために少し質問に答えてください。
問１．小さなコップと大きいコップにやかんからお湯を注ぎ，満タンにしました。
この瞬間，どちらのお湯の方が熱いですか？
ただし，まわりの空気やコップからの影響は小さいため無視できるとします。
【予想】 【予想の理由】
ア．小さいコップ
イ．大きいコップ
ウ．どちらも同じ熱さ
結果です。
問１
１組：ア＝０人，イ＝０人，ウ＝２９人
２組：ア＝４人，イ＝２人，ウ＝２６人
３組：ア＝２人，イ＝３人，ウ＝３４人
理由
（ア）を選択→・熱が逃げやすいから。
・大きい方が入れるのに時間がかかるから冷めてしまう。
（イ）を選択→・体積が多い方が分子の移動が活発だから。
・大きい方が熱がたくさんあるから。
・小さいコップが極めて小さかったら，触れてもあつくなさそうだから。
（ウ）を選択→・フィーリング
・人生経験
※「空気やコップからの影響はない」と書いたのに，熱の移動を考えてしまっているのは，
冷めるという現象自体が単独で起こる現象だと認識しているためであろうか？
（イ）を選択しているのはこのように熱と内部エネルギーと温度を混同しているためである。
（ウ）は当たり前なので，「理由」を聞かれていて迷う生徒が多かった。
問２．小さいコップに300gの100℃のお湯が入っていて，
大きいコップに500gの100℃の温度のお湯が入っています。
これらのなかに，100gの20℃の鉄のおもりを入れると，
最終的にどちらのコップに入っている鉄のおもりの温度が高くなりますか？
【予想】 【予想の理由】
ア．小さいコップ
イ．大きいコップ
ウ．どちらも同じ温度
問２
１組：ア＝０人，イ＝ ９人，ウ＝２０人
２組：ア＝４人，イ＝１６人，ウ＝１２人
３組：ア＝０人，イ＝２７人，ウ＝１３人
理由
（ア）を選択→・水が少ないとすぐ熱が伝わる。
・均等に熱を持っている気がするので，だったら少ない方が温度は高い。
（イ）を選択→・大きい方が冷めるのが遅いから。
・大きい方が持っている熱エネルギーの合計が大きいから。
・最終的にコップ内の湯の温度と鉄のおもりの温度が同じになるので。
・持っている温度のようなものが大きい方が多いから。
・鉄の球にかかる圧力が大きいから。
（ウ）を選択→・お湯の温度は同じだから。
・量とか関係なさそう。
・温度が高くなるのは熱によってであって，量は関係ない。
・コップの大きさに関係なく，熱は同じように伝導すると考えたため。
・触れている面積は同じだから。
※（ア）で時間を考えているので，問題文に「最終的に」とか書く必要がある。
（イ）で，圧力を考えているのが数名いた。（ウ）では問１に引き摺られて「量は関係ない」としている可能性有り。
（ア）で「時間が早い」，（ウ）で面積をかんがえているのは，日常的な感覚として熱伝導性の影響が大きいことを表していると思う。
「熱い・冷たい」は温度だけでなく熱伝導率も大きい要素でしょう。これをうまく扱ってあげる必要はある。
ただし，実際に説明をしたけれども説明だけでは，反応はいまいちになります。
問３．100gの20℃の鉄のおもりと，100gの80℃の鉄のおもりでは何が違うために， 温度が違うのですか？つまり，温度が違うということは何が違うのですか？ イメージでよいので答えてください。
問３
・含んでいる熱の量。
・鉄の分子が活発に動いているかどうか。電子レンジみたいな感じ。
・何らかのエネルギーが外に出ている感じ。
・温度が高い方がエネルギーを多く持っている。でも鉄は固体だから鉄原子は動かない？
・密度とか？
・電子の移動の激しさ。
・体積。
・堅さ。
※何を答えていいか迷っている生徒が多かった。
熱の量と考えている生徒が大半。それが分子運動と関連していると考えているのは全体の１５％程度だろうか。
（化学で分子運動のことを先に扱っていた？）
問４．お湯の入ったビーカーに鉄の玉を入れてしばらく待ち，
お湯の温度と鉄の玉の温度を測りました。どちらの方が温度が高いですか？
【予想】 【予想の理由】
ア．お湯
イ．鉄の玉
ウ．どちらも同じ温度
問４
１組：ア＝５人，イ＝１１人，ウ＝１６人
２組：ア＝３人，イ＝１０人，ウ＝１９人
３組：ア＝５人，イ＝１１人，ウ＝２１人
理由
（ア）を選択→・金属の方が水よりも冷めやすい。
・密度が大きい方が温まりやすい。
（イ）を選択→・金属の方が水よりも温まりやすい。
（ウ）を選択→・お湯の温度以上のものを鉄は吸い取れない。
・素材にかかわらずみんな同じ温度に近づく。
問５．釘がたくさん入ったビーカーA，綿がたくさん入ったビーカーB， 何も入っていないビーカーCをしばらく教室に置いておきました。 それぞれのビーカーの温度はどうなりますか？ A，B，Cの温度の高さを等号や不等号を用いて表してください。
問５
・A＝B＝C…４３
・A＜C＜B…２２
・C＜A＜B…１３
・A＜B＜C… ７
・C＜B＜A… ５
・A＜B＝C… ４
・B＜C＜A… ３
・B＝C＜A… ３
・A＝C＜B… １
３．まとめ
今日は，温度や熱に関してみんながどのようなイメージを持っているか聞いてみました。 次回は実際はどうなのか説明していきたいと思います。
授業を終えて。。。
聞いてみていろいろなことがわかった。まず温度は質量に依存しないことはほとんど
経験的に理解している。熱の出入りに関しては具体的に考えることはできていない。
（例えば，ほんとに小さいコップなら温度が大きく上がることはわかるはず）。
温度が分子運動の激しさであることは知っているものも結構いる。
また当然ではあるが，内部エネルギーのことを通常「熱」と考えている。
そして熱伝導率が考えのベースになっているということ！
今年は答えを教えましたが、答えは与えないでおいたほうがいいのかもしれない。
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