物理基礎の熱力学�D（潜熱）

１．前回の復習と導入

比熱を使っての計算を行いました。みんなよく考えていました。 必ず問題集で練習して置いてね。
今日は氷から水，水から水蒸気という状態変化をするときの熱を考えます。

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。

ここで注意してください。氷のときと水のときでは， 氷のときの方が傾きを大きく書いています。 これはなぜだかわかる？

生徒：「氷のが温度変化しやすいから。」
素晴らしいですね。どんな物理量が関わっているんだっけ？
生徒：「比熱？」
そうですね。ちなみに氷と水の比熱はどちらが比熱が大きい？
生徒：「水！」
そうだね，油の実験と同じでしょ？ 油の方が比熱が小さく温まりやすかった。だから油を熱したときには ぐんぐんあがったわけです。比熱ってのは「温度変化のしにくさ」みたいなものだね・

では，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。

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]。

３．問題演習

では，みんな考えてください。 分からなければまわりと相談してね。席を立ち歩いても構いません。

「先生，これであっているんですか？」
なんで？
「だって，こんな温度ですよ」
なるほど，低すぎるってわけね。 そうやって現実と合っているか考えたわけね。 それは素晴らしいことです！ 物理は現実のことを考えている。 計算は間違えるかもしれないし， 合っているかどうか現実と照らし合わせて考えることは重要です。
で，合っていますよ！私もこんなに低いのかーと正直思った！
できていない人はいまのはヒントにもなるね。

※解答はすごく簡単にしか書きませんでした。

４．まとめ

わからなかった人は必ず次回までに解決しておいてください。

授業を終えて。。。
・この計算がはじめからできた者は5名程度か？ 相談しながら解決していったが，最後まで理解できていない者はいたと思う。 そうした生徒をどうするかは課題。教えないと「わからないままでいいや」って 思う者は出てくる。全員が正解できるように組み立てないといけないが， なかなか難しい。
・氷と水のグラフの傾きについてはよく理解していた。油の実験はよかったのだと思えた。

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