物質の状態変化と潜熱

比熱や熱容量を学んで,物質に熱を加えたときの温度変化を計算できるようになりました!

しかし思い起こしてみてください。

「水は100℃で沸騰し,加熱し続けても温度は100℃のまま」

これは小学校の理科の時間に習う事実ですが,熱を加えているのに温度が変化しないってどういうこと?

今回は熱と温度上昇の関係について学習していきましょう!

 

 

【復習】物質の状態変化

まず物質は基本的に固体,液体,気体の3つの状態を持っていて,圧力や温度の変化でそのうちのどの状態になるかが決まります。

(今回は圧力は1気圧のまま変化しないとして考えましょう)

 

通常の物質は熱を加えると固体→液体→気体へと変化します。

分子どうしがガッチリくっついているのが固体,結びつきがゆるんだものが液体, 結びつきが切り離されたものが気体でした。

 

固体から液体への変化を融解,液体から気体への変化を蒸発,液体から固体への変化を凝固,気体から液体への変化を凝縮と言います。

また,一部の物質(ドライアイス,ヨウ素,ナフタレンなど)は固体から直接気体に変化します。 これを「昇華」と言います。

(気体から固体への変化も同じく昇華と言います。)

 

 

温度変化のグラフ 

いちばん身近な物質である水を例に,温度変化の様子を見てみましょう。 

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このグラフを見る上でのポイントは「加えた熱の使われ方」です。

実は熱には2通りの使われ方があります。

① 分子の熱運動を激しくするのに使われる熱と,② 分子間の結びつきを切り離すのに使われる熱です。

①の用途では温度が上昇し,②の用途では状態変化が起こります。

 

物質内での熱の使われ方 

ここで先ほどのグラフをもう一度見てみましょう。

氷に熱を加えても,0℃になるまでは溶け出しません。(固体だけの状態)

しかし,0℃に達すると今度は一転し,全部溶けるまで温度は上がりません。

同様に,液体の水も100℃になるまでは沸騰しません。(液体だけの状態)

しかし,100℃に達すると,全部蒸発するまで温度は上がりません。

つまり,温度上昇と状態変化は同時に起こらない,ということです!

加えた熱は①か②の用途で使われるが,同時に使われることはありません!

 

潜熱

最後に用語を紹介します。 

②の用途(状態変化)に使われる熱は潜熱と呼ばれており,物質1gが完全に状態変化するのに必要な熱量として定義されています。

 

潜熱には「蒸発熱」「融解熱」があります。定義と照らし合わせると,融解熱は1gの固体が完全に液体になるのに必要な熱量,蒸発熱は1gの液体が完全に気体になるのに必要な熱量ということになります。

 

今回のまとめノート

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次回予告 

次回は熱の分野における重要な法則になります! 

お楽しみに!

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