「運動方程式によって力および、質量の意味が示され、力とは物体を加速する原因となる量で、質量とは物体の動きにくさ、慣性を表す量である。」というような形で「熱容量の意味」を教えてください。

A 回答 (1件)

ある物体の温度を単位温度変化させるのに必要な熱量のことを熱容量という。


熱容量は、もともと物体の大きさによる量であるが、慣用として、1molの物質に対する熱容量であるモル比熱(モル熱容量)を単に熱容量と呼ぶことがある。
比熱と同様に、熱容量は、外部条件によって異なる値を持つ。体積を一定にしたときの熱容量を定積熱容量、圧力を一定にしたときの熱容量を定圧熱容量という。

ようするに、熱容量とは、ある物体にエネルギーを加えたときの、
温度の変化のしにくさ(しやすさ)を表す量である。
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Q斜面を転がる物体の加速度aについて 斜面を転がる物体は質量mに関係なく、重力加速度g=9.81(m/

斜面を転がる物体の加速度aについて

斜面を転がる物体は質量mに関係なく、重力加速度g=9.81(m/s^2) と斜面の角度θによって決まる。
って事ですが、

自由落下の加速度も質量mに関係なく自由落下の加速度gは一定。

ですが実際に高い位置から、重い物と軽いもを落とすと、重い方が落ちます、それは実際には空気抵抗などが関係してるため。と聞いたことがあります。

だったら実際に斜面を重い物と軽い物を転がすとすると、
実際は摩擦力と空気抵抗の関係で重いものが速く転がって、軽いものは遅く転がるのでしょうか?

摩擦力や空気抵抗を考慮して加速度を計算した場合、実際に近い加速度がわかると言うことでしょうか?

もしそうなら、空気抵抗の計算は良くわからないので、摩擦力だけを考慮したらどういった加速度の計算式になるのか教えて下さい。

Aベストアンサー

まず、誤解があるようです。
重い物体の方が軽い物体より速く落ちるわけではありません。
空気抵抗の大きさによっては、軽い物体の方が速く落ちます。
多分、「重い物体」を鉄の玉、「軽い物体」を羽毛や紙、とした説明を聞いたのだと思います。
この場合は、羽毛や紙の方が、空気抵抗の影響を大きく受けますので、したがって、ゆっくり落ちます。
でも、「重い物体」でも空気抵抗の影響が大きい形状をしているならば、必ずしも速く落ちるとは言えません・・・まあ、羽毛や紙よりかは速く落ちるでしょうけれど(^^;)
それから、斜面の場合でも一概には言えません。
全く摩擦の無い斜面ですと、物体は加速g・sinθ (θは斜面の傾き角)で滑り降りますが、
摩擦がある場合、物体と斜面の間で滑りが起こる場合と起こらない場合で加速度が異なってきます
  滑りが無い場合:加速度 (2/3)g・sinθ ただし、物体の形状が球のとき
  滑りがある場合:加速度 g(sinθ ー μcosθ) μ:動作摩擦係数 μの値は、物体と斜面の材質で決まります。
そんなわけで、重い物が速く転がって、軽い物が遅く転がるとは言えません。
例えば、斜面との摩擦が大きいゴム製の直方体と摩擦の小さい紙で作った同じ大きさの直方体
を斜面上において、同時に手を離したとします。
ゴム製の直方体は摩擦が大きくて、斜面上で静止し、
紙製の直方体はスーッと斜面上を滑り落ちていく、なんて事もあります。
確かに、斜面の実験で重力加速度を求めることは可能ですが、実験上の様々な事柄を考慮しないと、求めることはできません。

まず、誤解があるようです。
重い物体の方が軽い物体より速く落ちるわけではありません。
空気抵抗の大きさによっては、軽い物体の方が速く落ちます。
多分、「重い物体」を鉄の玉、「軽い物体」を羽毛や紙、とした説明を聞いたのだと思います。
この場合は、羽毛や紙の方が、空気抵抗の影響を大きく受けますので、したがって、ゆっくり落ちます。
でも、「重い物体」でも空気抵抗の影響が大きい形状をしているならば、必ずしも速く落ちるとは言えません・・・まあ、羽毛や紙よりかは速く落ちるでしょうけれど(^^;...続きを読む

Q慣性力についてです。写真の慣性力の力の分解についてですが、なんでcosが縦でsinが横なのですか?よ

慣性力についてです。写真の慣性力の力の分解についてですが、なんでcosが縦でsinが横なのですか?よく分からないのでだれか教えてください!

Aベストアンサー

角度 θ の取り方を確認してくださいね。

図の場合には、仰角(水平面からの角度)ではなく、鉛直方向となす角度です。
おそらく、重力の方向と、バスの加速度との合成ベクトルの方向を問題にしているので、そういう角度の取り方をしているのだと思いますよ。

Q質量の大きい物体は波動性を示さないのか

素人です。
質量の大きな物体は粒子性だけを示し、波動性がほとんど現れないと聞いたのですが、なぜでしょうか?
たとえば二重スリットの実験などで、電子は干渉縞を作り波動性を持つことが確認できますが、中性子や原子核のような大きな質量を持つ粒子だと干渉縞は現れないのでしょうか?
よろしくお願いします。

Aベストアンサー

No.3の参考URLでNo.8の回答を行った者です。
ド・ブロイ波長をご存知ということなので、高校物理程度の知識は
あるものとして説明します。

中性子や原子核でも干渉縞は観測されています。
光子も電子も、原子も、それに地球のような巨大な物さえ本来、波動性と
粒子性の両方を持っています。しかし、以下の理由から質量が大きい
物ほど二重スリット実験で波動性を実験で示すことが難しくなります。

 二重スリットで干渉性を示すには、空間的に離れた二つのスリットを
同時に通るということが必要になります。これは波では可能です。ただ、
どんな波でも可能というわけではなく、二つのスリットの両方にまたがる
ほど、空間的に広がった波でなければなりません。高校で習う平面波とい
うものは、無限遠まで広がった波ですが、現実の波はもう少し存在する
領域が限られたものです。これを波束といいます。波束が二つのスリット
をカバーするぐらいまで広がっていることが、干渉縞を見るための一つ
の条件です。
(波束については、
www.phys.aoyama.ac.jp/~w3-furu/
の2004年後期8を見て下さい)

 さて、電子や原子といった粒子は、古典物理では、有る時間に存在
する位置がどこか一つに決まっているため、同時に二つのスリットを
通るということは考えられません。しかし、実際には物質は、量子力学
に従っています。量子力学では、重ね合わせの原理といって、一つの
粒子が同時に二つ以上の物理量(ここでは位置)をとることができます。
したがって、二つのスリットをカバーする程度に位置が重ね合わさった
状態にしてやることが、物質物質で干渉をみるための必要条件です。
位置の重ね合わせによる広がり度合いをdelta(x)とすると

delta(x) > スリット間隔

でなければなりません。
 ここで、不確定性原理というものが、効いてきます。
位置同様に、粒子の運動量も重ね合わせによる広がりを持ちます。
運動量の重ね合わせによる広がり度合いdelta(p)とすると、

 delta(x) × delta(p) ~ 定数

という関係を持ちます。質量をもつ粒子の場合

 運動量p=質量m × 速度v
の関係がありますので

delta(x) × delta(v) ~ 定数 / 質量

となります。したがって、質量の大きいものほどdelta(x)を
大きくすることが困難になります。

 二重スリット実験では、普通二重スリットの前に、単スリット
を起きます。これは、delta(x)を大きくするためのテクニックで、
幅の狭いスリットを通すことで、局所的にdelta(x)を小さくして
やると、そこでdelta(v)が大きくなります。結果、その後の粒子
の進行方向が広がるために、後方で大きなdelta(x)を得ることが
できます。これが回折の原理です。
 しかし回折によりdelta(v)を大きくするには、もともとの波束
よりもdelta(x)を小さくしないと十分広がりません。波束の短い
波というのは、波長の短い波の成分が多い波です。これが波長の
短い波が回折現象を起こしにくい理由です。

 また、干渉現象というのは、二つの波の位相が半波長分ずれた時に
弱め合い、一波長ずれた時に強め合います。従って、波長が短くなる
と干渉縞の間隔が非常に狭くなり、空間的に見分けにくくなります。

ちなみに、光でもレーザーのように位相の揃った波の場合干渉縞を観察
しやすいのですが、太陽光のように位相の揃っていない波では干渉縞
は観察しにくくなります。分子などのように沢山の粒子からなる物
では、レーザーのように位相を揃えた波を作ることが難しくなります。
これも、巨大なもので干渉縞を見にくい原因の一つです。

No.3の参考URLでNo.8の回答を行った者です。
ド・ブロイ波長をご存知ということなので、高校物理程度の知識は
あるものとして説明します。

中性子や原子核でも干渉縞は観測されています。
光子も電子も、原子も、それに地球のような巨大な物さえ本来、波動性と
粒子性の両方を持っています。しかし、以下の理由から質量が大きい
物ほど二重スリット実験で波動性を実験で示すことが難しくなります。

 二重スリットで干渉性を示すには、空間的に離れた二つのスリットを
同時に通るということが必要にな...続きを読む

Q熱力学(示強性の量と示量性の量)

熱力学について質問です。
ギブスの自由エネルギーGが
G=U+pV-TS
U:内部エネルギー、T:温度、S:エントロピー、p:圧力、V:体積
で表せ、全微分表式が自然な独立変数をT,p,Nとして、
dG=-SdT+Vdp+μdN
μ:化学ポテンシャル、N:粒子数
となることを学びました。
それで、
(1)このギブスの自由エネルギーG(T,p,N)の自然な独立変数のうち、示強性の量と示量性の量を答え、さらにGは示強性の量と示量性の量のどちらになるか。
(2)ギブスの自由エネルギーGをもつ系をa倍した系を考え、(1)をふまえて、G(T,p,aN)= aG(T,p,N)となることを示せ。
という問題がでたのですが、

(1)については
示強性の量:T,p
示量性の量:N
であることは参考書などでわかりました。
Gについても示量性の量とわかったのですが、なぜ自然な独立変数のうちに示強性の量T,pと示量性の量Nが混ざっているのにGは示量性の量となるのでしょうか?

(2)について
(1)でGが示量性の量となるので、示量性の量の関係式
f(aX)=af(X)
が成り立つと参考書にあったのですが、どの参考書にもなぜこの関係式が成り立つかのっていませんでした。しかも、この問題では(1)をふまえてとあるのでどうしたらいいかわかりません。

長文失礼しました。
よろしくお願いします。

熱力学について質問です。
ギブスの自由エネルギーGが
G=U+pV-TS
U:内部エネルギー、T:温度、S:エントロピー、p:圧力、V:体積
で表せ、全微分表式が自然な独立変数をT,p,Nとして、
dG=-SdT+Vdp+μdN
μ:化学ポテンシャル、N:粒子数
となることを学びました。
それで、
(1)このギブスの自由エネルギーG(T,p,N)の自然な独立変数のうち、示強性の量と示量性の量を答え、さらにGは示強性の量と示量性の量のどちらになるか。
(2)ギブスの自由エネルギーGをもつ系をa倍した系を考え、(1)をふまえて、G(T,p,aN)= ...続きを読む

Aベストアンサー

(1)示強×示量→示量を、意味的に納得したければ、質量、密度、体積の関係を考えてはどうでしょう?
    質量(全体の示量性量)=密度(示強性量)×体積(示量性量)
 このとき、密度のはたらきは、
  全体の示量性量を他の示量性量に関連づけるための、系の強度、係数
 となります。

 pV,TSについても、系のエネルギー(示量性)を計算するために、
   (強度あるいは係数p, T)×(示量性量V, S)
 に分解したと説明すると乱暴ですか?

 これらの掛け算は、pに対してV、Tに対してS などと
 組み合わせ(共役または双対という)が決まっています。
 (電気でも:電力=電圧(示強)×電流(示量)で、定電圧で電線の本数を増やすと、
  電流、電力が増える?などと説明すると怒られるか?)


(2)示量性量を簡単に言えば、粒子数、モル数、質量など、系の基本量に比例する量です。
 例 比例定数をkとして、U(N)=k・N とすると、Nがa倍になると、
    U(aN)=k・aN=a・kN=a・U(N)
  (示強性量である温度は、温度が同じ2つの系をくっつけても、変化しない)

 Gを構成する諸量のうち、示強性量T,pが固定と書いてありますから、
 残りの示量性量U(N)、V(N)、S(N)を使って、
 N→aNにしたとき、
   G(aN) = U(aN)+p×V(aN) ・・・ = a×G(N)
 となることを示せますか?という簡単な数学の問題ですかね。

(1)示強×示量→示量を、意味的に納得したければ、質量、密度、体積の関係を考えてはどうでしょう?
    質量(全体の示量性量)=密度(示強性量)×体積(示量性量)
 このとき、密度のはたらきは、
  全体の示量性量を他の示量性量に関連づけるための、系の強度、係数
 となります。

 pV,TSについても、系のエネルギー(示量性)を計算するために、
   (強度あるいは係数p, T)×(示量性量V, S)
 に分解したと説明すると乱暴ですか?

 これらの掛け算は、pに対してV、Tに対してS などと
 組み合わ...続きを読む

Q物理 力学電車が水平なレールの上を加速度αで走り出した。電車の床の上で静止していた質量Mの物体が

物理 力学

電車が水平なレールの上を加速度αで走り出した。電車の床の上で静止していた質量Mの物体が電車が走り出すと同時に床上を滑り始めた。物体と床の間の動摩擦係数μ、重力加速度g。

問、車内の人がみて物体が床をl(m)滑るのに要した時間をtとその時の速さv(車内の人が見た速さ)を求めよ。

解答、等加速度運動より

x=vo×t+1/2at2乗 の公式を使うのですが、なぜ初速(vo)がゼロなのですか?

Aベストアンサー

「初速」とは、「最初の速度、走り始めの速度、加速度が働く前の速度」で、ここでは「時刻 t=0 のときの速度」です。

 「x=vo×t+1/2at2乗 の公式を使う」ということですが、この式から、速度は

   v = v0 * a*t

となり、この式から「時刻 t=0 のときの速度」は「v = v0 」になります。

 ここで、「v = v0 」とは何かを考えましょう。「電車が、速さ v0 で動いている」ということです。
 でも、最初、電車は止まっていて、時刻 t=0 から「加速度 a で走り出した」のですよね? 時刻 t=0 のときに走り出したので、時刻 t=0 の前、そして時刻 t=0 の瞬間には「 v = 0 」だった、ということです。
 従って、 t=0 のとき、

   v = v0 = 0

であり、従って

   v = a*t
   x = (1/2) * a * t^2

ということです。


 この出発点でつまづいて、無事問題は解けたのですか?
 そちらの方が心配です。


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