固体液体の熱力学④（潜熱）

１．導入

中学のときに実験をしたと思いますが，－20℃の氷の入ったビーカーをガスバーナーで熱していくと，温度はどのように変わっていくでしょうか？

実際にはこんなにきれいになりませんが，－20℃から直線的に上がっていって，0℃でいったん平らになって，また直線的に100℃まで上がっていって平らになる。

それぞれ水はどのような状態にあるかわかりますか？
→答えさせる。

なぜ0℃と100℃で止まるのでしょうか？

２．潜熱

2時間前に説明したとおり，温度とは分子運動の激しさです。固体はある位置に”束縛”されながら振動している（授業中の生徒のよう）。液体は固定はされていないが隣同士の分子とは引き合って移動している（休み時間の教室のよう）。気体はお互い離れてビュンビュン飛び回っている。

氷が水に変化するとき，お互いつなぎ止めていた手を放さなければなりません。ガスバーナーから得られた熱は，その手を放すことに使われるのです。そのため，温度上昇に使われるエネルギーはなく，温度は止まったままになっている。というわけです。

水から水蒸気に変化するときは，お互い近くで引き合っている力を解き放ち，空に飛び出さなければなりません。そのために先程と同様に温度は一定になっているわけです。

このように，

状態変化に使われる熱を「潜熱」とよびます。

・蒸発熱[J/g]･･･1gの液体が気体に変わるのに必要な熱量
・融解熱[J/g]･･･1gの固体が液体に変わるのに必要な熱量

例えば，氷の融解熱＝3.3×10²[J/g]，水の蒸発熱＝2.3×10³[J/g]。

４．問題演習

マイナス40℃の氷をビーカーに入れて，一定の割合で加熱したときのグラフを与え，氷と水の比熱と，融解熱・蒸発熱を求める問題の演習を行いました。

５．まとめ

今日は潜熱を学習しました。昔の人は分子という概念すらなかったので，なぜ熱していくと温度が止まるのか理解できていませんでした。「どこかに潜んでいる」と考えていたために「潜熱」と名付けたのでしょう。しかし，蒸発熱を利用して涼をとったりと利用はしていたんですね。

授業を終えて。。。
なぜ直線的に上がっていくのか理解できていないだろう。ニュートンの冷却曲線との違いを明確にすべきである。また，実用的には氷を入れた問題を入れた方がよいだろう。