熱の計算・熱移動ミニテスト10問｜比熱・熱容量・伝導・対流・放射

正解：（1）その物体の温度を1 K上げるのに必要な熱量

熱容量は物体全体についての値で、C=Q/ΔTです。単位にはJ/KやkJ/Kなどを使います。同じ物質でも質量が増えれば、物体全体の熱容量は大きくなります。

正解：（1）熱容量を質量で割った値

比熱容量はc=C/mで、単位質量当たりの熱容量です。単位はJ/(kg・K)などです。温度や圧力、相によって値が変わり得るため、計算では問題文で与えられた値と条件を使います。

正解：（3）420 kJ

Q=mcΔT=2.0 kg×4.2 kJ/(kg・K)×(70−20) K=420 kJです。温度差は50 Kで、セルシウス温度差50℃と数値が同じです。

正解：（3）2.0 kJ/K

C=mc=4.0 kg×0.50 kJ/(kg・K)=2.0 kJ/Kです。Q=mcΔTはQ=CΔTとも書けます。

正解：（1）相変化がなく、扱う温度範囲でcを一定とみなせる

相変化があれば潜熱Q=mLの区間を分け、比熱容量が大きく変わる温度範囲では区間ごとの値や積分が必要です。試験では、与えられた近似条件を読んで式を選びます。

正解：（3）50℃

高温側が失う熱量と低温側が得る熱量を等しくします。同じ質量・同じ比熱容量なので、平衡温度は20℃と80℃の中間の50℃です。

正解：（1）物質内部や接触部を、微視的な相互作用によって熱が伝わる

伝導には物質が必要で、固体だけでなく液体や気体でも起こります。流体のまとまった移動が熱を運ぶ対流、電磁波で伝わる放射とは区別します。

正解：（1）同じ形状・温度勾配なら伝導による熱流が大きい

熱伝導率は伝導による熱流の大きさに関係します。温度分布が変化する速さには、熱伝導率だけでなく密度と比熱容量から決まる熱拡散率も関係するため、「kが大きい＝常に最速で温まる」とは限りません。

正解：（1）液体や気体のまとまった移動が熱を運び、自然対流と強制対流がある

密度差と重力による自然対流のほか、ファンやポンプによる強制対流があります。「温かいものは上」とだけ覚えず、流体の密度、重力、設備による流れを確認します。

正解：（1）放射は電磁波によるため真空中でも起こり、伝導・対流と同時に起こる場合がある

火炎や高温物体からの放射、熱い気体から表面への対流、壁内部の伝導のように、複数の仕組みが同時に働きます。二物体間の正味の放射熱移動は、高温側から低温側へ向かいます。