発展例題11 氷の比熱 質量 400gの氷を熱容量120 JKの容器に入れ, 容器に組みこんだヒーターで熱すると,全体の温度 は図のように変化した。 熱は一定の割合で供給され, すべて容器と容器内の物質が吸収したとし水や氷 の水蒸気への変化は無視できるものとする。 また, 水の比熱を4.2J/(gK) とする。 DN (1) ヒーターが供給する熱量は毎秒何Jか。 (2) 氷1gを融解させるのに必要な熱量は何Jか。 指針 (1) 254s 以降の区間では、 氷はす べて水に変化している。 水と容器の温度上昇に 必要な熱量から、ヒーターが毎秒供給する熱量 を求める。 (2) 温度が一定の区間 (32~254s) では, 供給さ れた熱量はすべて氷の融解に使われる。 これか ら, 氷1gの融解に必要な熱量を求める。 (3) 氷と容器の温度が上昇する区間 (0~32s) で, 温度上昇に必要な熱量から, 氷の比熱を求める。 解説 (1) 水と容器をあわせた熱容量は, 400×4.2+120=1.8×10°J/K 254~314sの間に供給された熱量で, 水と容器 の温度が0℃から20℃まで上昇するので, ヒー ターが毎秒供給する熱量を Q〔J〕 とすると, 温度(°C] 20 --- 0 /32 254 314 時間 [s] * 30 -20 WHO aflε-E (2) 04 (3) 氷の比熱は何J/ (g・K) か。 発展問題 (18×103)×(20-0) =Qx (314-254) * BLACO 4,001 がい Q=6.0×102 J (2) 32~254sの間に氷はすべて融解した。 氷1g P を融解させるのに必要な熱量をx〔J〕 とすると, 400×x=(6.0×102)×(254-32) x =3.33×102J 3.3×102J (3) 氷の比熱をc[J/(g・K)] とすると, 氷と容器 をあわせた熱容量は, 400×c+120[J/K] 0~32sの間に供給された熱量で, 氷と容器の 温度が-20℃から 0℃まで上昇するので, (400Xc+120) ×{0-(-20)} =(6.0×10²) x (32-0) c=2.1J/(g・K)