熱平衡

一般小学生

まとめ

【定義】
温度の異なる物体を接触させた際、高温の物体から低温の物体へ熱が移動し、最終的に全体の温度が等しくなった状態。

まとめ

熱は必ず高温から低温へと移動する。外部との熱の出入りを無視できる場合、高温の物体が失った熱量と低温の物体が得た熱量は等しくなり(熱量保存の法則)、一定時間後に温度が等しくなることで熱平衡に達する。

解説

熱平衡に達するまでの過程は、実験やグラフによって詳しく解析される。例えば、80℃の湯の中に氷水が入ったビーカーを浸すと、湯の温度(A)は下降し、氷水の温度(B)は上昇する。この変化を時間と温度のグラフで表すと、AとBの曲線が徐々に近づき、最終的に一つの値に収束して水平になる様子が確認できる。この際、熱は「高温から低温」へ移動しており、物質ごとの熱の伝えやすさ(熱伝導率)によって変化の速さが異なる。演習では、混合後の水温を求める熱量計算や、温度上昇に比例して変化する気体の体積計算(シャルルの法則の基礎概念)などが重要となる。0℃の空気の体積をもとに、特定の温度(300℃など)における体積を算出する問題や、温度計に用いる液体の特性を問う問題も、熱平衡と物質の性質を理解する上で不可欠である。

小学生のみなさんへ

あついお湯の中に、つめたい氷水の入った入れ物を入れると、お湯は少しずつさめていき、氷水は少しずつあたたかくなっていきます。しばらくたつと、どちらも同じ温度になって、それ以上は変化しなくなります。このように、熱が高いほうから低いほうへうつって、温度がぴったり同じになった状態を「熱平衡(ねつへいこう)」と呼びます。

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