膨張率

一般小学生

まとめ

【定義】
温度が1℃上昇するごとに、物質の体積が増加する割合のこと。特に気体においては、0℃のときの体積を基準として、温度が1℃上昇するごとにその273分の1ずつ体積が増加する法則(シャルルの法則に関連)が存在する。

まとめ

膨張率は物質の熱による状態変化を測る重要な指標である。気体は種類を問わず0℃の体積を基準に1/273ずつ膨張するが、液体や固体は物質によりその度合いが異なる。熱は高温から低温へ移動し、最終的に熱平衡に達する性質を持つ。

解説

物質は熱を得ることで分子運動が活性化し、体積が膨張する。気体の場合、圧力が一定であれば体積は温度に比例して増加する。0℃のときの体積をV0とすると、t℃における体積Vは V = V0(1 + t/273) という式で導出可能である。例えば、300℃時点の体積を求める際は、0℃の体積に(1 + 300/273)を乗じる。熱の移動に関しては、高温の物体から低温の物体へと移動し、両者の温度が一致する熱平衡状態に向かう。実験グラフでは、時間の経過とともに高温の湯(温度計A)と低温の氷水(温度計B)の温度差が縮まり、曲線を描いて収束する様子が示される。また、温度計に用いる液体は、温度変化に対して体積が規則的に変化する膨張率の安定性が求められる。

小学生のみなさんへ

温められたときに、ものの大きさがどれくらい大きくなるかを表したものを「膨張率(ぼうちょうりつ)」といいます。空気などの気体は、温度が1度上がるごとに、0度のときと比べて273分の1ずつ大きくなっていくという決まりがあります。熱は熱いほうから冷たいほうへ流れていくので、お湯の中に氷水を入れると、お湯の温度は下がり、氷水の温度は上がって、最後には同じ温度になります。

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