顕熱とは?
顕熱とは、物質に加えたり奪ったりすることで、相変化(融解・沸騰・凝固)を伴わずに温度を変化させるエネルギーのことです。温度計で「感じ取れる(sensible)」変化であることから顕熱と呼ばれます。この計算機では、基本式 \(Q = m \times c \times \Delta T\) を用いて、関係するエネルギー量を求めます。
計算機の使い方
物質の質量をキログラム(kg)で、比熱容量(c)をジュール毎キログラム毎ケルビン(J/kg・K)で、そして初期温度と最終温度を摂氏(℃)で入力してください。計算機は温度変化(\(\Delta T = T_2 - T_1\))を求め、顕熱をジュール(J)とキロジュール(kJ)で表示します。結果が正の値なら熱を吸収していること、負の値なら物質が冷えて熱を放出していることを意味します。
公式の解説
$$Q = m \cdot c \cdot \Delta T$$ において、Q は熱エネルギー(J)、m は質量(kg)、c は比熱容量(J/kg・K)、\(\Delta T\) は温度差(K または ℃。1℃の幅は 1K の幅と等しいため)です。比熱とは、1 キログラムの物質を 1 度上げるのに必要なエネルギー量を示します。水の比熱は約 4186 J/kg・K と非常に大きく、これが水が温まりにくく冷めにくい理由です。
計算例
2 kg の水(c = 4186 J/kg・K)を 25℃ から 75℃ まで加熱する場合を考えます。\(\Delta T = 75 - 25 = 50\)℃ です。すると $$Q = 2 \times 4186 \times 50 = 418{,}600 \text{ J}$$ つまり 418.6 kJ となります。これが必要な顕熱です。
よくある質問
顕熱と潜熱の違いは? 顕熱は温度を変化させるエネルギーで、潜熱は温度が一定のまま相変化(沸騰など)を引き起こすエネルギーです。
どの単位を使えばよいですか? 結果をジュール(J)で得るには、質量にキログラム(kg)、比熱に J/kg・K を使います。\(\Delta T\) は ℃ でも K でも構いません。1 度あたりの幅はまったく同じだからです。
結果が負になることはありますか? あります。最終温度が初期温度より低ければ \(\Delta T\) は負となり、Q は奪われた熱(冷却)を表します。