高校物理基礎の問題ですが、以下の問題2問が全く分かりません。正直何言ってるか分からない、ちんぷんかんぷんな状態です。ネットで調べても納得いく答えが見つかりません。公式をどう使えばいいのか分かりません。
物理が得意な方、または解き方がわかった方は教えてくれませんか。
⒈
85Cの容器に15℃の水100gを入れた。熱平衡になったときの温度を1℃)とする。 なお,この容器の熱容量は70J/Kである。 次の問いに答えよ。 ただし, 熱は容器と水の間だけで移動し, 水の比熱を 4.2J/(g×K) と する。
(a) 容器が失った熱量Q₁[J]を、Tを含む式で表せ。
(b)水が得た熱量Q₂[J]を, Tを含む式で表せ。
(C) 熱量の保存よりT[°C] を求めよ。
⒉
10℃の容器に70℃の水60gを入れた。熱平衡になったときの温度は55℃であった。 この容器の熱容量をC[J/K] とする。 次の問いに答えよ。ただし, 熱は容器と水の間だけで移動し, 水の比熱を 4.2J/(g×K)と する。
(a)水が失った熱量Q₁ [J] を求める計算式を書け。
(b)容器が得た熱量Q₂[J]を,Cを含む式で表せ
(C) 熱量の保存よりC[J/K] を求めよ。
A 回答 (3件)
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No.3
- 回答日時:
2 熱平衡になったときの温度は55℃→容器に水を入れて熱がむらなく均等になったら全体的に55°になったということです
水ははじめ70°であったものが容器にいれた後は55°に下がってしまうので熱を失っています(熱の一部を容器にとられます)
ここで質量m[g]で比熱がc[J/gk]である物体の温度をt[k](t℃)あげるのにQ[J]の熱エネルギーをもらう必要があるとすると
Q=mct という関係が成り立ちます・・・公式①
(ちなみに、比熱とは物体(水)1gの温度を1k(1℃)あげるのに必要な熱エネルギーのこと)
だから(a)では 水の質量m=60g,比熱c=4.2、t=55-70=-15[k]を公式に代入して
Q=60x4.2x(-15)=-3780[J]です -15のマイナスは温度が上昇ではなくて下がったという意味で
結果の-3780のマイナスは熱エネルギーを-3780[J]もらった つまり3780[J]失ったという意味です
意味が理解できていれば 公式のQは水が失った熱量、tは温度下降分 とみなして
水が失った熱量=Q=mct=60x4.2x15=3780[J] としても構いません
(b) 比熱に似たものに熱容量があります
熱容量とは 物体全体を1[k](1℃)上げるのに必要な熱エネルギーのことです(比熱はこれに加えて「1gあたり」という条件が付くところが異なっていますよね)
これを踏まえて、
熱容量がC'[J/k]である物体の温度をt[k](t℃)あげるのにQ[J]の熱エネルギーをもらう必要があるとすると
Q=C't という関係が成り立ちます・・・公式②
容器はt=55-10=45℃[K]温度が上昇していますから C'=Cとあわせて公式に代入すると
容器が得た熱量は Q=Ct=C'(55-10)=45C
となります
(ちなみに 公式①に②を代入するとmct=C't ですから 熱容量と比熱の間には C'=mcという関係もあります・・・重要!)
(c) 熱量の保存とは エネルギー保存の法則の一種で
この問題で言えば水が持っていたエネルギーが容器に受け渡されたのだから
水が失った熱のエネルギー=容器が受け取った熱のエネルギ という関係が成り立つことを言います
(a)より、水が失った熱のエネルギー=3780
(b)より 容器が得た熱量(エネルギー)=45Cですから
3780=45Cです
ゆえに C=84J/k
(1)は問題文が間違っているようなのでもう一度問題を見直して(2)と同じ要領で」解いてみてください
No.2
- 回答日時:
No.1 です。
[2] について説明しておきましょうか?10℃の容器(冷たく冷えている)に70℃の水(水というよりも熱い湯だ)を入れれば、中間のどこかの温度に落ち着く。
外に熱が逃げたり、外から熱が加わったりしなければ、「熱いものから冷たいものに熱が流れ、同じ温度になったところでつり合って落ち着く」ことは分かるよね?
その「移動した熱」がいくつか求めよという問題だよ。
「水の比熱を 4.2J/(g×K)とする」ということは、水 1 g の温度を 1℃(温度差なので 1 K)上昇させるには 4.2 J の熱が必要ということ。
「容器の熱量量をC[J/K] とする」ということは、容器の温度を 1℃(温度差なので 1 K)上昇させるには C [J] の熱が必要ということ。容器の重さは知らんけど、容器全体でこれだけ、ということ。
(a) 水が失った熱量Q₁ [J] は、「60 g」が「70℃ - 55℃ = 15 K」だけ温度低下したのだから、そこで出て行った熱量は
Q₁ = 4.2 [J/(g・K)] × 60[g] × 15[K] = 3780[J]
単位を付けて書けば、何を計算しているのか分かるでしょ?
(b) 容器が得た熱量Q₂[J] は、容器は「55℃ - 10℃ = 45 K」だけ温度上昇したのだから、もらった熱量は
Q₂ = C [J/K] × 45[K] = 45C [J]
(c) 熱が逃げていないなら、Q₁ = Q₂ になるはずなので
3780[J] = 45C [J]
従って
C = 3780/45 = 84 [J/K]
[1] も同じようにできるはずなのだけど、「85C(℃か?)の容器に15℃の水100gを入れた。熱平衡になったときの温度を1℃)」って、こんな温度になりっこないので、問題がおかしい。
No.1
- 回答日時:
>正直何言ってるか分からない、ちんぷんかんぷんな状態です。
まずは、「日本語」が分かるのかな?
「数学ができない、物理ができない」というひとのかなりの部分が「問題文を読解できていない」ということのようですから。
>85Cの容器に15℃の水100gを入れた。熱平衡になったときの温度を1℃)とする。
そもそも、正しく問題文を書き写していないでしょ?
もしこれが本当にオリジナルどおりだったら、出題者のミスです。
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