0℃の氷

一般小学生

まとめ

0℃の氷
標準大気圧下において融点に達しており、外部から熱を吸収することで温度を一定に保ったまま水へと状態変化融解)する固相の水

解説

物質が固体から液体へと変化することを「融解」と呼びます。1気圧(標準大気圧)における水の融点は0℃であり、この温度にある氷に熱を加えると、氷はすぐには温度を上げず、すべてが水に変わるまで0℃の状態を維持します。これは、加えられた熱エネルギーが物質の温度を上げるためではなく、固体の結晶構造を壊して液体へと変化させるためのエネルギーとして消費されるためです。

この状態変化じょうたいへんかに伴って吸収される熱を「融解熱ゆうかいねつ」または「潜熱」と呼びます。具体的には、1gの0℃の氷をすべて0℃の水にするためには、約334J(約80cal)の熱量が必要です。この熱量は物質の量に比例するため、氷の量が2倍になれば必要な熱量も2倍になります。計算問題では、この融解熱を考慮に入れ、氷が溶けきるまでの熱収支を求めることが重要です。

コラム

0℃の氷が冷却材として非常に優れているのは、この大きな融解熱を持っているからです。例えば、0℃の水100gと0℃の氷100gを比較すると、氷は周囲から膨大な熱を奪って溶けるプロセスがあるため、周囲を冷やす能力が格段に高くなります。

理科の計算問題では、0℃の氷を一定温度の水に入れて、最終的な水温を求める形式が頻出します。この際、「氷が溶けるために奪う熱量」と「水が冷やされることで放出する熱量」が等しくなるという熱量保存の法則を用いて立式します。氷がすべて溶けきらない場合は、最終的な温度が0℃で固定される点に注意が必要です。

小学生のみなさんへ

氷は、温度が0℃になるととけ始めます。この「0℃の氷」に熱を加えても、氷が全部とけて水になるまでは、温度はずっと0℃のまま変わりません。ふしぎに思うかもしれませんが、加えられた熱は氷を水に変えるために使われてしまうからです。

氷1gを水に変えるには、決まった量の熱が必要です。氷の量が増えれば、それだけたくさんの熱が必要になります。例えば、10gの氷をとかすには、1gのときの10倍の熱が必要になるという「比例ひれ」の関係があります。

ルラスタコラム

ジュースに氷を入れると冷たくなるのは、氷がとけるときにジュースから熱をうばっていくからです。氷はとけている間ずっと0℃なので、飲み物をしっかり冷やし続けてくれるたよりになる存在なのです。

テストでの問われ方・理解度チェック

【基礎】 0℃の氷を加熱して溶かしている間、温度計の目盛りはどうなりますか。
氷がすべて溶けて水になるまで、温度は0℃のまま変化しません。
【応用】 0℃の氷が水に変わるとき、周囲から熱を吸収します。このとき吸収される熱のことを何と呼びますか。
融解熱(または潜熱)と呼びます。
【実践】 0℃の氷10gをすべて溶かして0℃の水にするために必要な熱量は、1gの氷を溶かすときの何倍ですか。また、その関係を何といいますか。
10倍必要であり、この関係を比例といいます。

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