痔になりやすい生活習慣とは?

物理の比熱のところで質問があります。
熱容量90J/Kの熱量計に水150gをいれ、温度を測ったら16.0℃であった。
その中に100℃に熱した300gの金属球をいれ、水をかきまわしたところ20.0℃になった。

この実験で誤差を小さくするには、はじめの水温は室温より、やや低め、同じ、やや高めのどれが良いか、
理由をつけて答えよ。
答えはやや低めです。
この問題がまったくわかりません。
簡単に説明できる方教えてもらえないでしょうか。

A 回答 (2件)

室温が少し低い目であろうが高い目であろうがあまり関係はないように思います。


むしろ金属球の温度が100℃というほうの影響の方が大きいのではないでしょうか。

熱量計と外部との熱のやり取りがあれば誤差が出ます。
#1に書かれているのは20℃の水と室温にある空気との間の熱のやり取りです。伝導で伝わる場合、室温との差が小さい方が熱の移動の速さが小さくなります。金属球を入れたあと、熱平衡になるのを待って温度を測ります。どうしても一定の時間待たなくてはいけません。室温が16℃か18℃かで熱の移動量が異なることになります。
(事前の温度差は金属球を入れる直前の温度を測ればいいので時間を短く出来ます。)
熱が逃げれば金属の比熱は小さい目に出ます。

でも熱の移動は伝導だけでしょうか。一番影響の大きいのは蒸発ではないでしょうか。16℃の水に100℃の金属球を入れます。入れた瞬間に金属球に接触している水の温度は急上昇します。そこから徐々に周囲に拡散していきます。一時的に湯気が出るところまで温度が上がればかなり影響が大きいと思うのですが。0.1gの水が蒸発すれば250Jほどの熱を失います。容器にふたがあれば影響が小さくなるとは思いますが。

もうひとつ300gの金属球のばあい場合、中心まで同じ温度になるのには結構時間がかかるのではないでしょうか。100℃の金属球の表面が20℃になったが中心部分は21℃だったとします。やはり比熱は小さく出ます。ここまでの温度コントロールは無理ではないかと思います。表面積のもっと大きい形のほうがいいだろうと思うのですが球とか円柱を使っている例が多いです。厚い目の板状のもののような表面積のもっと大きいものがいいでしょう。

100℃に加熱した金属球が使われるというのは沸騰水の中につけるという操作があるからです。加熱を続けても水温が変わらないので金属球の温度と水の温度が同じになったという判定がしやすいのです。時間をかければ熱平衡になっていると判定してもいいことになります。
でも金属球を水に入れたときは待つわけにはいきません。

有効数字1桁ぐらいの実験だと思えばあまり気にすることではないかもしれません。鉄、銅、アルミ、鉛の区別は出来ます。でも2桁の実験だとするといろんな要素を考える必要がありそうです。
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 熱量計と空気とで出入りする熱があると誤差が出るので、熱量計の温度と室温の差が少ない方がいい、と考えます。

(熱量計の温度が高いと、空気中に熱が逃げるし、逆に室温より低いと、金属球から伝わる熱以外に空気中から熱が伝わってきてしまいます。)

 熱量計には熱い金属が入ってくるので、実験中に温度が上がります。そこで、初めやや気温より低い温度にしておけば、熱い金属球が入って少し温度が上がるので、平均して気温に近い状態になる、と考えられます。
 
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Q比熱に差がでるわけ

物質によって比熱に違いのでるわけは何ですか。たとえば、比熱の大きい物質は分子量が大きいとか?

Aベストアンサー

再びお邪魔します。

手元に固体物理学の演習書がありましたので、
本件と関係ある式を、メモの意味で書いておきますね。

温度が、その金属のデバイ温度より十分低いとき、
金属結晶の比熱Cは
C = γT + AT^3
ここで、
 第1項γTは電子比熱、第2項AT^3は格子比熱。
 γ = π^2・D(εF)・k^2/3
 A = 12π^4・Nk/(5Θ^3)
T:絶対温度、D:電子の状態密度関数、εF:フェルミエネルギー、
k:ボルツマン定数、N:アボガドロ数、Θ:デバイ温度

カリウムの場合、
γ = 2.08mJmol^-1K^-1
A = 2.57mJmol^-1K^-3

というわけで、第2項(AT^3)が支配的になりそうです。
よって、デバイ温度Θがキーポイントになりそうですが、
金のデバイ温度は165K、鉄は420Kだそうです。
http://www4.diary.ne.jp/logdisp.cgi?user=467288&log=200411
金は鉄より重いので、#1の私の予想は間違いのようです。

再びお邪魔します。

手元に固体物理学の演習書がありましたので、
本件と関係ある式を、メモの意味で書いておきますね。

温度が、その金属のデバイ温度より十分低いとき、
金属結晶の比熱Cは
C = γT + AT^3
ここで、
 第1項γTは電子比熱、第2項AT^3は格子比熱。
 γ = π^2・D(εF)・k^2/3
 A = 12π^4・Nk/(5Θ^3)
T:絶対温度、D:電子の状態密度関数、εF:フェルミエネルギー、
k:ボルツマン定数、N:アボガドロ数、Θ:デバイ温度

カリウムの場合、
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Q物質の比熱の温度による違い

物理で比熱の実験をしたので、物質の比熱の文献値を調べていたのですが、温度によって違いがありました。

温度が0度のとき、アルミニウムは0.880、鉄は0.435、銅は 0.379でした。(全てJ/g・K)

温度が25度のとき、 アルミは0.902、鉄は0.451、銅は0.385でした。(全てJ/g・K)

温度が25度以上のときの文献値が見つからなかったので、その後の変化の仕方を教えてください。また、この物質の比熱の変化は、実験の値にかなり影響するのでしょうか。相殺などができて、無視できるのでしょうか。

Aベストアンサー

伝熱エンジニアです。
0℃と25℃の値はどちらも実験値でしょうか。
今は自宅なので手元にデータブックがないのですが、Webで探してみると、いろいろな金属の比熱の近似式があるようです[1]。J/g/K単位の比熱(定積比熱)は次式で表わされます。

   cp = 4.186*a*T^b*exp( a*T + d/T )

T は温度 [K]です。a, b, c, d の値は以下のようになっています(文献 [1]の Table I に出ています)。

    a      b     c       d  適用温度範囲
Al 6.273517 -0.5469 0.000925 -156.932 46K-923K
Cu 0.002842 0.901841 -0.00511 -60.9522 16K-300K
Fe 10.06843 -0.76423 0.001506 -190.421 58.7K-773K

手元にある伝熱工学の参考書に出ている数表と比較してみました。Cu以外は良く合っています。Cuの補間値は、数表の値(300K-800K)を直線補間したほうが良いでしょう(300K以上では温度に対してほぼリニア)。

Al(アルミニウム)
温度 [K] 数表値 [1]の近似値
  150 0.686  0.684
  200 0.801  0.795
  250 0.860  0.862
  300 0.905  0.908
  600 1.04  1.065
  800 1.14  1.169

Cu(銅)
温度 [K] 数表値 [1]の近似値(*印は近似範囲外)
  150 0.322  0.338
  250 0.376  0.378 
  300 0.386  0.359
  600 0.425  0.160*
  800 0.447  0.077*
  1000 0.471  0.034*
  1200 0.492  0.015*

Fe(鉄)
温度 [K] 数表値 [1]の近似値(*印は近似範囲外)
  150 0.366  0.322
  250 0.422  0.422
  300 0.442  0.449
  600 0.566  0.570
  800 0.686  0.670*
  1200 0.600  0.972*

このまま質問を開いておいてもらえますか?会社にあるデータブックを明日見てきます(詳しい値は出てないかもしれませんが)。必要な温度範囲はどれくらいですか?

[1] 金属・酸化物の比熱 http://www.scielo.org.ar/pdf/laar/v34n4/v34n4a09.pdf

伝熱エンジニアです。
0℃と25℃の値はどちらも実験値でしょうか。
今は自宅なので手元にデータブックがないのですが、Webで探してみると、いろいろな金属の比熱の近似式があるようです[1]。J/g/K単位の比熱(定積比熱)は次式で表わされます。

   cp = 4.186*a*T^b*exp( a*T + d/T )

T は温度 [K]です。a, b, c, d の値は以下のようになっています(文献 [1]の Table I に出ています)。

    a      b     c       d  適用温度範囲
Al 6.273517 -0.5469 0.000925 -156....続きを読む

Q水の比熱の変化

水の比熱はその温度によって変化すると聞いたのですが本当ですか?
本当ならば水の比熱は何度の時に最小の値を示しますか?

Aベストアンサー

これしかないですね、↓(英語です)
http://www.engineeringtoolbox.com/water-thermal-properties-d_162.html
Specific Heatの項を見て下さい。
100℃以上の状態については良く分かりません。^^;

Qヤング率が変わる原因

たとえば、銅の棒の両端を支えて、中心に力を加えるとたわみますよね?
そのときに、ヤング率が大きいと、たわみの量が少なくなりますよね?

そこで、質問なんですけど、ヤング率の値が変化する原因を教えてください。

金属の疲労が原因なのかなぁ~??って調べているんですがなかなか見つからないので、よろしくお願いします

Aベストアンサー

>そこで、質問なんですけど、ヤング率の値が変化する原因を教えてください。

どういう状況で変化するのか教えてくれると、回答がつくと思います。
今思いつくのは、塑性化が発生していることの他は(弾性範囲では)、以下のような物です。

一般に
応力=ヤング係数×ひずみ
応力=荷重/断面積
から、
荷重=ヤング係数×ひずみ×断面積
です。

一般に断面保持の仮定(断面は一定)の下で解析しますのですが、加力を続けていくと断面の減少などが起こり、断面積が変化します。
実験などでの計測ではロードセルなどで荷重を、ひずみゲージによりひずみを測定して、断面積一定の仮定からヤング係数を算出します。
つまり、断面が一定の仮定が成り立たないと、見かけ上ヤング係数が変化するような結果が得られることがあります。

Q個体の比熱容量の測定

こんにちは。早速ですが、それぞれの物質が持つ比熱容量を熱エネルギーが出入りする際の温度変化を勉強しているのですが、個体によって、平衡に達するまでの時間が異なるのはなぜでしょうか。ご回答お願いします。

Aベストアンサー

平衡状態は熱の移動がなく、系全体の温度が均一になっている状態です。例えば熱い物体と冷たい物体を接触させると熱の移動が起こります。ということは熱の移動の速さ(表現が適切でないかもしれませんが)が違えば平衡状態に至るまでの時間は当然違ってきます。
熱の移動の速さ(単位時間・単位断面積あたりの熱流量、熱流束)は温度勾配に比例します。(Fourieの法則)この法則の比例係数が熱伝導率に関係する量になっています。
つまり固体によって平衡状態に至るまで時間が違うのは、固体によって熱伝導率が違うからです。

Q鉄の比熱測定実験

鉄の比熱測定実験を行ったのですが、ほとんどのグループが実際の比熱よりも実験で求めた測定値の方が大きくなってしまったのですが、その原因は何だと考えられますか?

Aベストアンサー

比熱が大きくなってしまったということは、鉄の試料を熱量計に入れた結果、温度上昇が大きすぎたことを意味しています。この温度上昇は、鉄の試料による熱量+付着したお湯の熱量-試料を移動時に空中に逃げていく熱量-熱量計の熱量損失によるものと思われます。

だから、唯一の増加原因であるお湯の付着ではないでしょうか?きちんとお湯を拭き取らずに熱量計に試料を入れたのではないでしょうか?これを主原因と考えて、他のマイナス要因をゼロと考えた場合、最大で何gのお湯が付着したかを推定できます。比熱の本当の値から逆算した熱量の変化と、測定値を比較すればわかります。このとき推定したお湯の質量が、例えば厚さ1ミリとして何平方センチになるかを計算すれば、それが妥当な量かわかります。もしも大きすぎる場合には、他にも原因があると考えられます。

その他の原因として、あまり考えられませんが、鉄の試料を入れた湯温の測定ミスもありえます。実際よりも低く測定していれば、実際にはもっと大きな熱量が移動しているので、比熱が大きくでるかもしれません。

もっと深くということであれば、実験の詳細が必要かもしれませんね。

比熱が大きくなってしまったということは、鉄の試料を熱量計に入れた結果、温度上昇が大きすぎたことを意味しています。この温度上昇は、鉄の試料による熱量+付着したお湯の熱量-試料を移動時に空中に逃げていく熱量-熱量計の熱量損失によるものと思われます。

だから、唯一の増加原因であるお湯の付着ではないでしょうか?きちんとお湯を拭き取らずに熱量計に試料を入れたのではないでしょうか?これを主原因と考えて、他のマイナス要因をゼロと考えた場合、最大で何gのお湯が付着したかを推定できます。...続きを読む

Q比熱の差の要因は何ですか?

・まずmol比熱というのは一定の個数の分子当りの比熱ということですか?一定数個の分子1mol分で16グラムとかそういう認識で大丈夫でしょうか。比熱が1というのは1グラムの水に1calということだと思いますが、一般的にmol/グラム/カロリー/ジュール何を組み合わせればいいですか。

・加熱する熱エネルギーは純粋に物質の温度になるわけではないのが比熱のポイントと聞いたのですが、物質の温度にかかるエネルギーと、分子間の結合にかかるエネルギーという認識で大丈夫でしょうか。
分子間に溜められるエネルギーはどんなものでしょうか。熱で無いならその形態とはどういうものでしょうか。

・液体や気体など状態でmol比熱は変化すると聞いたのですが、結合力とどういう関わりがあるのでしょうか。
エネルギーが温度以外にも変換するという物質の状態別で式はありますか。

・結合力や結合間に溜められるエネルギーとはつまりなどういうことなのですか。
その差が生じる理由はなんですか。
その結合と熱膨張はどう関係しますか。

・水の比熱が他の様々な物質と比べて高いという特徴的理由を教えてください。

・分子の形(串団子状やテトラポット形のような)は比熱とどう関係しますか。

・電子の個数や励起やイオン化等と比熱は関係ありますか。

・1つの分子だけ存在しそこに熱を加えた場合の比熱という考えはナンセンスですか。

・比熱の差の要因は何ですか。

断片的すぎて都合上箇条書きにしてしまいました。長々とお手数おかけします。文系で化学の知識は余り無いのですがどうかお手柔らかにお願いしますm(_ _)

・まずmol比熱というのは一定の個数の分子当りの比熱ということですか?一定数個の分子1mol分で16グラムとかそういう認識で大丈夫でしょうか。比熱が1というのは1グラムの水に1calということだと思いますが、一般的にmol/グラム/カロリー/ジュール何を組み合わせればいいですか。

・加熱する熱エネルギーは純粋に物質の温度になるわけではないのが比熱のポイントと聞いたのですが、物質の温度にかかるエネルギーと、分子間の結合にかかるエネルギーという認識で大丈夫でしょうか。
分子間に溜められるエネルギ...続きを読む

Aベストアンサー

比熱は加えた熱が温度上昇にどれくらい使われているかを表しています。使われる場面が多くあれば同じ温度を上げるのにたくさんの熱が必要です。

>・加熱する熱エネルギーは純粋に物質の温度になるわけではないのが比熱のポイントと聞いたのですが、

どういう場面でのことかが不明ですね。簡単な例を2つ出します。(1)状態変化では熱を加えているのに温度は上がりません。加えた熱が全て温度上昇以外のところに使われています。ふつう状態変化の温度の両側では比熱の値が不連続で変化します。(2)気体の場合、圧力を一定にして加熱するか、体積を一定にして加熱するかで比熱が異なります。体積が変わる場合は外部に対して膨張による仕事をしますからその分余分に熱を必要とします。定圧モル比熱=定積モル比熱+Rとなります。(Rは気体定数)

理想気体の考え方が当てはまる場合の定積モル比熱は、単元子気体で3R/2,2原子分子では5R/2です。3とか5は可能な運動の方向を表しています。自由度といいます。原子1つの場合、3方向の運動が可能だということです。加えた熱がその3つの方向の運動に配分されて行くことになります。(エネルギー等配分の法則)2原子分子の場合、3方向の運動と回転が2方向です。伸縮振動は起こらないとしていますが温度が高くなれば起こりますから比熱は大きくなってきます。気体はまわりの分子と無関係に運動しているとしていますが液体とか固体では違います。まわりからの力の働いている中での運動になりますから余分な熱が必要になってきます。

分子の形は近くに別の分子がある場合には問題になってきます。でも気体であれば問題になりません。その温度でエネルギーが配分される自由度がいくつあるかで決まります。

金属は比熱が小さいように見えます。元素によって値が大きく変わるようにも見えます。例えばAlは0,91J/g・K、Feでは0.45J/g・Kです。でもモルあたりで考えると(数を同じにして考えると)違いはありません。原子一つの質量が違うので差が大きく見えるのです。Alの原子量は27、鉄の原子量は56です。2倍あった比熱の差は無くなってしまいます。原子一つあたり必要な熱量はほとんど同じということになります。結晶構造が同じであれば原子の種類によらず比熱は同じであるという関係が成り立ちます。(Dulong-Petitの法則)

比熱は加えた熱が温度上昇にどれくらい使われているかを表しています。使われる場面が多くあれば同じ温度を上げるのにたくさんの熱が必要です。

>・加熱する熱エネルギーは純粋に物質の温度になるわけではないのが比熱のポイントと聞いたのですが、

どういう場面でのことかが不明ですね。簡単な例を2つ出します。(1)状態変化では熱を加えているのに温度は上がりません。加えた熱が全て温度上昇以外のところに使われています。ふつう状態変化の温度の両側では比熱の値が不連続で変化します。(2)気体...続きを読む

Q偏微分の記号∂の読み方について教えてください。

偏微分の記号∂(partial derivative symbol)にはいろいろな読み方があるようです。
(英語)
curly d, rounded d, curved d, partial, der
正統には∂u/∂x で「partial derivative of u with respect to x」なのかもしれません。
(日本語)
ラウンドディー、ラウンドデルタ、ラウンド、デル、パーシャル、ルンド
MS-IMEはデルで変換します。JIS文字コードでの名前は「デル、ラウンドディー」です。

そこで、次のようなことを教えてください。
(1)分野ごと(数学、物理学、経済学、工学など)の読み方の違い
(2)上記のうち、こんな読み方をするとバカにされる、あるいはキザと思われる読み方
(3)初心者に教えるときのお勧めの読み方
(4)他の読み方、あるいはニックネーム

Aベストアンサー

こんちには。電気・電子工学系です。

(1)
工学系の私は,式の中では「デル」,単独では「ラウンドデルタ」と呼んでいます。あとは地道に「偏微分記号」ですか(^^;
その他「ラウンドディー」「パーシャル」までは聞いたことがあります。この辺りは物理・数学系っぽいですね。
申し訳ありませんが,あとは寡聞にして知りません。

(3)
初心者へのお勧めとは,なかなかに難問ですが,ひと通り教えておいて,式の中では「デル」を読むのが無難かと思います。

(4)
私はちょっと知りません。ごめんなさい。ニックネームは,あったら私も教えて欲しいです。

(2)
専門家に向かって「デル」はちょっと危険な香りがします。
キザになってしまうかどうかは,質問者さんのパーソナリティにかかっているでしょう(^^

*すいません。質問の順番入れ替えました。オチなんで。

では(∂∂)/

Qe^-2xの積分

e^-2xの積分はどうしたらよいのでしょうか…。e^xやe^2xsinxなどはのってるのですがこれが見つかりません。お願いします。

Aベストアンサー

いささか、思い違いのようです。

e^-2x は、 t=-2x と置いて置換してもよいけれど、牛刀の感がします。

e^-2x を微分すると、(-2)*( e^-2x )となるので、

e^-2x の積分は、(-1/2)*( e^-2x )と判明します。

Qヤング率の実験(測定)について

ユーイングの装置を使用して、ヤング率を測定しました。
その時に、おもりを1つずつ増やしていったのですが、
最初の測定値(ユーイング装置のスケールの目盛り)は、吊金具に重りをつけていない状態ではなく、最初から重り(250g程度)をつけて測定しました。

これはなぜでしょうか?
重りをまったくつけていない状態を最初の値として、それからおもりを増やしていくのでは不都合があるということですか?
宜しければ教えて下さい。よろしくお願いします。

Aベストアンサー

基礎物理実験を思い出しました。ユーイングの装置を使いました。
昔の話です。
下記URLに同じ様な質問が有ります。参考にしてください。
http://hooktail.maxwell.jp/bbslog/5050.html
http://hooktail.maxwell.jp/bbslog/7703.html

回答者の答えに付け加えて、初期に錘を載せて測るのは、
測定する棒の捻れや変形などにより置き方が不適切になることが有り、
それを除去するためではと考えます。
初期非線形領域という意見もありますが、これは???と考えます。
引っ張り試験とユーイングの装置の試験に付いての感想が有りますが、
測定に電子機器が使えない時代は光テコを使ったこの装置の方が
より高い精度でヤング率を求めることが出来たのではないかと思います。