融解熱(状態変化と潜熱)

方針

解答

⓪ 発想 — どう考え始めるか。 氷を温めていくと、$0{}^{\circ }\mathrm{C}$ に達したところで温度が止まる。加えた熱が、温度を上げるのではなく氷を水に変えることに使われるからだ。この熱を潜熱(ここでは融解熱)という。

① 代入する。

$$Q=336\times 100=33600\mathrm{J}$$

まとめ グラフで見ると、$0{}^{\circ }\mathrm{C}$ で平らな区間(平坦部)ができる。ここが融解に使われる潜熱。$33600\mathrm{J}$ は、同じ水 $100\mathrm{g}$ を $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ から $80{}^{\circ }\mathrm{C}$ まで上げる熱量にほぼ等しく、氷を融かすには意外に大きな熱が要る。氷が冷やすのに役立つのはこのためだ。

別解

温度を上げる熱と比べるルート(理解の確認)。 もし同じ $33600\mathrm{J}$ を $0{}^{\circ }\mathrm{C}$ の水 $100\mathrm{g}$ に与えたら、$\Delta T=\frac{33600}{100\times 4.2}=80\mathrm{K}$ 上がる。

つまり「氷を融かす」だけで「水を $80{}^{\circ }\mathrm{C}$ 上げる」のと同じ熱が要る。潜熱がいかに大きいかが、この比較でわかる。状態変化は温度変化よりずっと多くのエネルギーを食う。