ある物体に一定の熱量を加え続けると、最初は急激に温度は上昇しますが、だんだんその傾きは緩やかになると思うのですが、これはなぜですか?教えてください。

A 回答 (3件)

zoh さん,ikkyu3 さんの回答の趣旨の通りです.



断熱的実験の場合は別にしまして,
対象となる物体は環境温度の中にあります.
したがって,この物体に熱を加えて温度が上がりますと,
周囲に熱が流れていくことになります.
で,加え続けられる熱と周囲に逃げる熱が等しくなったところで
物体の温度が一定になります.
つまり加熱と冷却のバランスで最終的温度が決まります.

冷却はかなり複雑な機構で,ikkyu3 さんが書かれているように
伝導,対流,放射(輻射)によるとされています.
現象論的(経験的)には,物体の温度と周囲の温度との温度差に比例して
熱が逃げていきます.
これをニュートンの法則と称しています.
ただし,両者の温度差が余り大きくないときに限ります.
つまり,物体の温度を T,周囲の温度を T0 としますと
逃げていく熱は単位時間あたり a(T-T0) です.
a は定数で物体や周囲の状況によります.

一定の熱を加え続けるのですから,これを単位時間あたり q としましょう.
そうすると,物体に入る熱が q,出てゆく熱が a(T-T0) ですから,
正味の入り分は q - a(T-T0) で,T が大きくなるに従ってこの正味分は
減っていきます.
こういうわけで,T が大きくなるに従って温度上昇の割合が緩やかになってゆき,
q - a(T-T0) = 0 になるような T で,物体の温度はもう変化しなくなります.

この考えで微分方程式を立てるなどすると,
T の時間変化の具体的関数形などもわかりますが,
必要でしたら補足下さい.
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この回答へのお礼

大変丁寧な回答ありがとうございました。私が知りたかったズバリの答えで嬉しかったです。今後もよろしくお願いします。返事が遅れてすみませんでした。

お礼日時:2001/12/05 22:19

放熱は、伝導,対流および放射による熱の伝達で行われますが、いずれも温度が上がるほど活発になるからだと思われます。


その結果、一定の温度上昇で安定する性質があります。
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この回答へのお礼

ありがとうございます。お礼の返事が遅れてすみません。

お礼日時:2001/12/05 22:17

物体の温度が上がると、放熱量も大きくなるからではないでしょうか?

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この回答へのお礼

ありがとうございました。返事が遅れてすいません。

お礼日時:2001/12/05 22:16

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Q位置エネルギ と 熱エネルギ の変換

中学生の娘から質問されて困っています。
最近、理科の授業でエネルギについて勉強しているようです。

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今回質問したいのは、タイトルの「位置エネルギ」と「熱エネルギ」を”直接”変換している現象についてです。

位置エネルギを運動エネルギに変換して、さらに熱エネルギに変換するということであれば、たとえば、滑り台を滑ったときにお尻をこすって摩擦で発熱するなど、結構考えられます。 が、運動エネルギなど、別のエネルギを介さないで直接変換するとなると、今のところ思いつきません。

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最後に減速する時点で、運動エネルギーが熱に変わっていますね。

そもそも、熱エネルギーの実体は分子レベルの運動エネルギーなので、運動エネルギーが間に入るとか入らないかを悩むこと自体が不毛ですが。

Q物体に一定の力を加え続けるとどうなりますか?

物体に一定の力を加え続けると、どんどん加速するのでしょうか?そうすると、ついには光の速度よりも速くなるのでしょうか?

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特殊相対性理論の中で、
「質量を持つ物体は、決して光の速度を超えることができない」
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Q系全体のポテンシャルエネルギとは

最小ポテンシャルエネルギの原理について学んでおりますが,
"系全体のポテンシャルエネルギ"という言葉がわかりません.

テキストには,天井から吊り下げられた,錘をつけたバネを例にとり,系全体のポテンシャルエネルギを次のように解説しています.

   系全体のポテンシャルエネルギをΠとすると,

     Π=1/2ku^2-mgu (uはバネの伸び)

   となる.

系全体のポテンシャルエネルギとはなんのことなのでしょうか?

私には,

   Π=1/2ku^2

にしか思えないのです.

よろしくお願い致します.

Aベストアンサー

系全体のエネルギーとはa.位置エネルギー、b.速度エネルギー、c.弾性エネルギー、d.熱エネルギーの合計です。他にも電気的エネルギーもありますが。
その中でポテンシャルエネルギーとは熱を無視すると「ある位置において蓄えられるエネルギー」なので、
位置エネルギー+弾性エネルギーとなります。
また、位置エネルギーは相対値ですので、どこにゼロ点を持ってくるかによって決まります。
<CASE1天井からバネの自由長の位置をゼロとした場合>
(1)手で支えてゼロ点にあるときは位置エネルギーは0、弾性エネルギーも0となります。
(2)手を離すと錘はUだけ下がります。位置エネルギーは-mguと失われます。弾性エネルギーは1/2ku^2だけ蓄えられます。
図はないけれど感覚的には分かったでしょうか。

<CASE2地上から上記のゼロ点を基準とした場合>
(1)位置エネルギーはmgH、弾性エネルギーは0.
(2)手を離すと位置エネルギーはmgH-mgu、弾性エネルギーは1/2ku^2。

CASE1の(2)とCASE2の(2)は全く同じ事を言って入る事が分かったでしょうか。CASE2の様に基準を地表にとった場合、その高さ分だけがプラスさせることになります。

この質問は「物理学」カテゴリーの方がもっと専門的に答えてくれる人がいるかも知れません。

参考URL:http://ja.wikipedia.org/wiki/位置エネルギー

系全体のエネルギーとはa.位置エネルギー、b.速度エネルギー、c.弾性エネルギー、d.熱エネルギーの合計です。他にも電気的エネルギーもありますが。
その中でポテンシャルエネルギーとは熱を無視すると「ある位置において蓄えられるエネルギー」なので、
位置エネルギー+弾性エネルギーとなります。
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<CASE1天井からバネの自由長の位置をゼロとした場合>
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Q水の性質について教えて下さい。 【水に対する気体の溶解度は温度の上昇とともに減少し、圧力の上昇に関し

水の性質について教えて下さい。
【水に対する気体の溶解度は温度の上昇とともに減少し、圧力の上昇に関しては ほぼ比例して増加する】
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普通に考えると気体も溶け込み易くなる気がします。

Aベストアンサー

詳しくは下記サイトをご覧いただくとして、
【要は、水中の気体分子は、温度が上昇すると活発に動く結果、溶液から出ていくことが多く、このため高温での気体の溶解度が減る】
ということらしいです。
https://www.rikanenpyo.jp/kaisetsu/buka/buka_012.html

下記サイトは、もう少し具体的です。
【 次に,酸素が水に溶ける場合について考えてみよう。
 酸素分子は溶液中にあるほうがエネルギーは低い。
   O2(気体) O2(水溶液中)+16kJ
エネルギーを少なくする方向とは溶ける方向である。しかし,溶液中に溶けて閉じ
こめられた状態よりも,自由に運動できる気体の状態のほうが乱雑さは大きい。し
たがって,酸素の溶解はエネルギーが主たる原動力となって起こり,乱雑さが溶解
の限度,すなわち溶解度を決める。高温では乱雑さが増加するので,高温ほど酸素
は溶液から気体中へ戻り,溶解度は減少する。】
http://www.keirinkan.com/kori/kori_chemistry/kori_chemistry_2/contents/ch-2/1-bu/1-4-1.htm

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【要は、水中の気体分子は、温度が上昇すると活発に動く結果、溶液から出ていくことが多く、このため高温での気体の溶解度が減る】
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https://www.rikanenpyo.jp/kaisetsu/buka/buka_012.html

下記サイトは、もう少し具体的です。
【 次に,酸素が水に溶ける場合について考えてみよう。
 酸素分子は溶液中にあるほうがエネルギーは低い。
   O2(気体) O2(水溶液中)+16kJ
エネルギーを少なくする方向とは溶ける方向である。しかし,溶液中に...続きを読む

Qリンギングのエネルギ

初めまして、リンギングについての質問です。
当方素人でして、わかりづらい点はご指摘ください!


[ 質問 ]
「リンギングのエネルギの算出方法があればお教え下さい」

[ 背景 ]
高電圧を一定時間スイッチング出力させる装置を作成したのですが、
300V以上で出力しようとすると電源電圧が上昇してしまいます。

周りの方に相談したところ、「電源の出力間にリンギングのエネルギを
吸収する分の抵抗を挿入したら」とアドバイス頂きました。

リンギングのエネルギというのは、オシロで観察した波形のうち、
リンギングにより電圧が上昇している部分の面積を割り出せばよいのでしょうか?

そうした場合、単位が電圧[V] × 時間[s] となりエネルギとは言えない気がします。。

もし正しいリンギングのエネルギの計算方法があればお教え下さい。



大変わかりづらい質問で恐縮なのですが、ご回答、ご指摘、お願いいたします。

Aベストアンサー

リンギングの周波数はどのくらいでしょうか?
分布定数回路で考えるか、集中定数回路で考えるかは、波長によります。
波長[m] = 電波の速度[m/s] ÷ 周波数[Hz]
ですが、よく見かける周波数では
波長[m] ≒ 300 ÷ 周波数[MHz]
で計算できます。
リンギングの周波数から計算した波長と、装置の高電圧をスイッチングして出力する配線長を比べて配線長が波長の1/10以下なら、集中定数回路で考えます。
そのときに蓄積されるエネルギーは、配線のインダクタンスLに1/(2LI^2)、配線間の浮遊容量に1/(2CV^2)です。
IとVは電圧と電流です。

現象をみると、スイッチングしたことによる配線のインダクタンスに発生するサージ電圧(インダクティブ・キックとか逆起電力とかよばれる)の問題かと思います。
解決策は「スナバ回路」で検索してみて下さい。
こんな資料もありました。
http://www.fujielectric.co.jp/products/semiconductor/technical/application/pdf/RH984b/RH984b_05.pdf

リンギングの周波数はどのくらいでしょうか?
分布定数回路で考えるか、集中定数回路で考えるかは、波長によります。
波長[m] = 電波の速度[m/s] ÷ 周波数[Hz]
ですが、よく見かける周波数では
波長[m] ≒ 300 ÷ 周波数[MHz]
で計算できます。
リンギングの周波数から計算した波長と、装置の高電圧をスイッチングして出力する配線長を比べて配線長が波長の1/10以下なら、集中定数回路で考えます。
そのときに蓄積されるエネルギーは、配線のインダクタンスLに1/(2LI^2)、配線間の浮遊容量に1/(2CV^2)です。
IとVは...続きを読む

Q15℃の水素500molを 圧力一定で 500kJの熱量で加熱した 温度はいくらか?? 但し水

15℃の水素500molを 圧力一定で
500kJの熱量で加熱した
温度はいくらか??
但し水素は理想気体とし
定容モル熱容量20.3J/mol・k
気体定数は8.3J/mol・k

よろしくお願いしますm(_ _)m
たすけてください

Aベストアンサー

定圧比熱:Cp、定容比熱:Cv、気体定数:Rとすると、Cp-Cv=Rの関係があります。
したがって、定圧比熱Cp=Cv+R=20.3+8.3=28.6J/mol・K
500KJの熱量で、500molの水素を加熱するので、1molあたりの熱量=500kJ/500mol=1kJ/mol
定圧変化なので、温度変化は定圧比熱より、ΔT=1000J/mol÷28.6J/mol・K≒34.97K
初期温度=15℃より、加熱後の温度T=15+34.97=49.97℃→約50℃

Q貴方が推薦するエネルギは?

もし、SFやアニメなどで出てくるエネルギ(システム)が
ひとつだけ実現出来るとしたら、貴方はは何を推薦しますか。

但し、ある血筋のみ発動出来るとかなど、エネルギを
使うための限定条件があるのは除いてください

推薦するエネルギは、どの作品なのか、その理由も
教えて頂けるとうれしいです。

Aベストアンサー

ガンダムを初めとする宇宙世紀シリーズのMSの動力源である『常温核融合炉』です

現状の原子力発電で使用される核分裂炉と違い、放射性廃棄物は、ほぼ出ませんし
核融合自体、物凄く厳しい条件化(超高温、超高圧)でしか起こらない為、核融合炉を運転中
なんらかのトラブルが起きたとしても、核融合の条件が満たされなくなれば
反応が止まるだけで、常温、常圧でも臨界を迎える核分裂炉に比べれば遥かに安全です

核融合には(重水素+重水素)(重水素+三重水素)(重水素+ヘリウム3)の組み合わせで行いますが
原料となる重水素は水素に対して6500分の1の割合で水に含まれる為
地球に無尽蔵にある海水を使えば、燃料の調達は簡単に出来ます
また、(重水素+重水素)の核融合でヘリウム3と三重水素と中性子が発生しますので
(重水素+三重水素)や(重水素+ヘリウム3)の核融合にも使えます
そして、月の表面には、ヘリウム3が大量に有ると言われている為
将来、月面基地を建設した際、容易に燃料が調達出来る利点もあります

(重水素+重水素)や(重水素+三重水素)の核融合では中性子が生産される為
隔壁が放射化しする問題がありますが、(重水素+ヘリウム3)の核融合では
陽子とヘリウム4しか生産されない為、放射化の問題も解決出来ます

私が常温核融合炉を推薦する理由は

・燃料調達が簡単である
・莫大なエネルギーを得る事が出来る
・放射能問題は原発ほど深刻ではない
・CO2を発生しないクリーンエネルギー

と、言う理由です
ただ、プラズマ化が非常に困難とも言えます
現状では、原子爆弾を使わなければ、核融合を起こす事は出来ません

ガンダムを初めとする宇宙世紀シリーズのMSの動力源である『常温核融合炉』です

現状の原子力発電で使用される核分裂炉と違い、放射性廃棄物は、ほぼ出ませんし
核融合自体、物凄く厳しい条件化(超高温、超高圧)でしか起こらない為、核融合炉を運転中
なんらかのトラブルが起きたとしても、核融合の条件が満たされなくなれば
反応が止まるだけで、常温、常圧でも臨界を迎える核分裂炉に比べれば遥かに安全です

核融合には(重水素+重水素)(重水素+三重水素)(重水素+ヘリウム3)の組み合わせで行います...続きを読む

Q金属の温度上昇の理屈を教えて下さい

数種類の金属を加熱してどれが一番温度上昇が早いのか、又は冷めにくいかを確認した所、予想に反した結果が出て理屈が分からず困っています。どなたかご教授して頂けないでしょうか。
比熱が大きいほど加熱した時の温度上昇が遅いと思っていましたが下記の結果になりました。
対象物
比熱の高い順(温度上昇が遅い順(予想))
1.ジュラルミン(比熱:0.211kcal/kg・℃)
2.クロムニッケル(0.11)
3.青銅(0.082)
テスト結果(温度上昇が遅かった順番)
1.クロムニッケル
2.青銅
3.ジュラルミン
因みに加熱方法は温風乾燥機(60度)内に材料を入れて加熱しました。

Aベストアンサー

その実験の場合は金属の熱伝導率が影響してきます。
特に金属材料の試験片が大きい場合にその影響は顕著です。

十分に長い時間を置けば試験片の温度は最終の60℃に
なりますが、その過程までの温度上昇速度は熱伝導率により違います。

ネットから探した熱伝導率は
クロムニッケル 29~38 Kcal/m*h*℃
青銅      81 W/m*K (比熱0.08kcal/kg・℃)
ジュラルミン  142 Kcal/m*h*℃

これを1W=0.86 Kcal/hで換算して並べると。
ニクロム  29~38
青銅     70
ジュラルミン 142 となり、テスト結果と同じとなります。

Q内部エネルギ

ある問題を解いていて、断熱過程における工業仕事と内部エネルギの増加を計算していたのですが、断熱において内部エネルギの計算ってどうすればいいのですか?今分かっている値は比熱比、圧力、体積、初状態の温度(220℃)くらいです。
工業仕事の方は出来たんですが・・・後が全く動かなくて・・・。用いるべき式などヒントだけでも良いので教えて下さい。

Aベストアンサー

工業仕事,とおっしゃっているので,大学,とりわけ工学系で習う熱力学ですね?

断熱ですからQ=0,すると工業仕事と内部エネルギーは等価になります.
だから,工業仕事が求まるなら,それが内部エネルギーの変化分です.
但し符号に注意して下さい.工業仕事によってエネルギーが外部に出るのか,
外から入力されるのか,お間違えなく.

Q温度上昇のスピードがはやくなる??

バッファを付けると温度上昇が早くなると聞いたんですけど、バッファとは
なんですか?バッファ以外でもそのようなものがあれば教えてください

Aベストアンサー

バッファと言っても例えば電気回路でのインピーダンス整合やデジタル関係では転送速度の整合にのため等、色々なものがあります。例えば電気回路(アナログ)では、ハイインピーダンスの回路(電圧は高いが電流を多く流すことはできない)などからローインピーダンス(電流を多く流さないと動作しない回路)などの間にいれてそれぞれの要求を満たすようにした回路や、デジタル回路では高速でデータを転送する回路と低速でしかデータを処理できない回路の間に入れて、ダムのの用な役割をする回路、機械的には緩衝機(機械的に短時間に大きな力が加わった時に小さな力を長時間にわたって与えるようにする機構)をさします。発熱体(吸熱体でも同様)に対する熱的なバッファ等のであれば断熱材がこれにあたります。にただ、温度上昇が云々と言われても、どのような用途でどのような場所に使用するのかが不明ではお答えの使用がありません。


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