高校の化学では、物質にエネルギーを加えてその温度を上げるために必要な熱量を計算する問題がよく出題されます。今回は、水を加熱するために必要な熱量を求める問題を例に、計算方法を解説します。
問題の設定と与えられた条件
問題は、30℃の水300gを70℃まで加熱するために必要な熱量を求めるものです。与えられた条件は以下の通りです。
- 水の初期温度：30℃
- 水の最終温度：70℃
- 水の質量：300g
- 水の比熱：4.2 J/(g・K)
この情報を基に、必要な熱量を計算していきます。
熱量の計算式
熱量を計算するための基本的な公式は次の通りです。
Q = mcΔT
ここで、
- Q：熱量（ジュール）
- m：物質の質量（グラム）
- c：比熱（J/(g・K)）
- ΔT：温度変化（K）
この公式を使うことで、水を加熱するために必要な熱量を求めることができます。
計算手順
与えられた値を公式に代入して計算します。
- m = 300g
- c = 4.2 J/(g・K)
- ΔT = 最終温度 – 初期温度 = 70℃ – 30℃ = 40K
これらの値を公式に代入すると、次のようになります。
Q = 300g × 4.2 J/(g・K) × 40K
計算すると、
Q = 50400 J
つまり、300gの水を30℃から70℃まで加熱するために必要な熱量は、50400ジュールとなります。
まとめと考察
この問題では、基本的な熱量の計算式を使用して、水を加熱するために必要な熱量を求めました。ポイントは、比熱や温度差を正確に把握し、公式に代入することです。問題を解く際には、各物理的なパラメータ（質量、比熱、温度差）をきちんと整理することが重要です。
このような計算は、日常生活のエネルギー消費や温度変化を理解するためにも役立つものです。学習を通じて、熱エネルギーの基礎的な理解を深めていきましょう。
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