THERMAL SCIENCE

熱量・状態変化計算

水をモデルに、加えた熱量で氷・水・水蒸気がどう変わるかを温度と図で確かめます。

計算条件

水の量と熱を入力

水の質量。0より大きい値。

モデルの範囲は −200〜500 °C。

正は加熱、負は冷却です。

定数と前提

H₂ = H₁ + Q

  • cice = 2.09 J/(g·K)氷の比熱
  • cwater = 4.18 J/(g·K)水の比熱
  • csteam = 2.01 J/(g·K)水蒸気の比熱
  • Lf = 334 J/g融解熱
  • Lv = 2256 J/g蒸発熱

1気圧の水を理想化した区分モデルです。0 °Cで融解、100 °Cで沸騰し、容器の熱容量・熱損失・圧力変化は無視します。

結果

最終状態

計算待ち

値を入力して計算すると、最終温度と相を表示します。

最終温度
—
最終の相
—
相変化中の割合
—
熱量 Q
—

温度–累積熱量の加熱曲線

0 Jから現在の熱量までの経路

—
温度と累積熱量の曲線 計算後に、温度の経路と現在位置を表示します。

計算すると、温度–熱量曲線と現在位置を表示します。

粒子の状態

相による粒子の並び方の模式図

待機中
水の粒子状態 計算後に、氷、水、水蒸気、または相変化中の粒子を模式的に示します。 H₂O —
計算すると、最終状態の粒子モデルを表示します。

使い方

4つの手順

  1. 質量、初期温度、熱量を入力する
  2. 正の熱量か負の熱量かを確かめる
  3. 最終温度と相変化の割合を読む
  4. 曲線と粒子図で結果の意味を見くらべる

計算方法

顕熱と潜熱を区分する

Q = m × c × ΔT顕熱：温度を変える熱
Q = m × Lf融解：氷から水への潜熱
Q = m × Lv蒸発：水から水蒸気への潜熱
H₂ = H₁ + Q熱収支：加えた熱量を足す

短い意味

  • 顕熱では、粒子の動きが変わり、温度が変わります。
  • 潜熱では、温度を保ったまま粒子の結びつきが変わります。
  • 熱量が負なら、同じ区分を逆向きにたどって冷却します。
  • 実際の水では圧力や熱損失も影響します。この図は学習用のモデルです。