概念と仕組み
温度が特定の範囲で上昇すると、粒子の平均的な運動エネルギーが増加します。融点と沸点において、エネルギーは粒子の配置と相互作用の変化に利用されます。
純粋な物質を一定の圧力で加熱し、平衡に近づくと、温度は比較的一定に保たれます。これは、温度自体ではなく、エネルギーの利用方法の変化によるものです。
関係式と成立条件
非相転移領域では、Q=mcΔTを用いますが、融または沸騰が起こる領域では、Q=mLを用います。加熱能力が一定の場合、それぞれの領域に必要なエネルギーと時間は比例します。
融点と沸点は、圧力と物質の純度によって影響を受けます。理想的な加熱曲線では、容器の熱容量、熱の損失、および超冷却/超加熱といった要素は無視されます。
仮想実験で読み取る変化
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。
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。
重要な関係式と記号
Q=mcΔT・Q融解=mLf・Q気化=mLv
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| c | 比熱 | J/(kg·K) |
| Lf, Lv | 単位質量あたりの融解熱・気化熱 | J/kg |
| Q | 移動した熱量 | J |
例で確かめる
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。
よくある誤解
- 温度が特定の、一定の範囲内であっても、物質は継続的にエネルギーを受け取ることができます。