化学・熱化学/原理と探求
加熱曲線と状態変化の解説
加熱中に温度が一定に維持されてもエネルギーが供給されないことはありません。水の質量・加熱出力・投入熱量を変え、氷の加熱から状態変化まで調べてください。温度上昇に使われた熱と融解・気化に使われた潜熱を区別する加熱曲線実験です。
どのような原理？
水平区間は熱がなくなる区間ではなく、状態変化に使われる区間です。
重要な関係
Q=mcΔT・Q融解=mLf・Q気化=mLv
観察してみよう
- −20℃氷から始めて熱を入れます。目標カロリーは120℃に制限されています。時間は目標カロリー/出力で計算し、10秒で倍速再生します。
- 全体309.4kJと融解のうち20kJをそれぞれ記録します。温度と状態の比率を確認してください。
- 質量のみを200 gに変更するか、出力のみを1000 Wに変更します。出力は同じ熱量で到達温度の代わりにかかる時間を変更します。
結果を読み解く
加熱曲線の100℃の水平区間では、投入熱はどこに使用されますか？
潜熱区間では状態比が変わり、温度は一定です。気化が終わると、水蒸気の温度が再び上昇します。
モデルの仮定と限界
出典：標準物性値（教育用丸め値）です。水1種、一定圧力1atmでc氷=2.09、c水=4.18、c水蒸気=2.01J/(g・K)、融解熱334J/g、気化熱2260J/gを使います。比熱日程・熱損失なしで水蒸気も系内に残ります。実際の圧力変化・過熱・過冷却・蒸発損失は省略します。粒子間隔は模式図です。