問2 90 ℃の紅茶150 g に0 ℃の氷150 g を入れよく混ぜたところ,…
(1 ・2 のどちらか1 題を選び解答する) 熱の性質とエネルギーについて,問1 ~問5 に答えよ。 図1 は,熱い紅茶をカップに注いだときの様子を表している。カップに熱い紅茶を注ぐと,紅 茶の温度は少し冷め,カップは熱くなった。しばらくすると,紅茶とカップの温度は同じになっ た。このような状態のとき,紅茶とカップは熱平衡にあるという。 図1 熱平衡になるまでの間,高温の紅茶から低温のカップへ熱が伝わる。高温の物体から低温の物 体へ移る熱の伝わり方には「熱伝導」 「対流」 「熱放射」の3 つがある。次の表はそれぞれの熱の伝わ り方の具体的な例を示すものである。 表 熱の伝わり方 具体的な例 ア 水を入れた鍋を火にかけて温めたところ,鍋の水全体が温かく なった。 イ 熱い飲み物を容器に入れてしばらくすると,直接飲み物に触れて いない容器の外側の表面も温まる。 ウ 太陽の光を浴びて,身体が温かくなった。
問2 90 ℃の紅茶150 g に0 ℃の氷150 g を入れよく混ぜたところ,加えた氷は全てとけて 5 ℃程度のアイスティーになった。熱は紅茶と氷との間だけで移動し,容器の熱容量は無 視できるものとする。このとき,紅茶が失った熱量と等しい大きさの熱量として最も適切な ものを,次の1 ~4 のうちから一つ選べ。
- 1 氷がとけてできた水が得た熱量融解熱の分が数えられていません。
- 2 氷が全てとけるのに使われた融解熱の総量とけた水を温めた分が数えられていません。
- 3 氷が全てとけるのに使われた融解熱の総量 + 氷がとけてできた水が失った熱量とけてできた水は熱を得ており、失っているのではありません。
- 4 氷が全てとけるのに使われた融解熱の総量 + 氷がとけてできた水が得た熱量融解熱と、とけた水が得た熱の合計になります。
この問題は問題の図(写真・図・表など)を見て答えます。図はこちらに転載していないため、下の出典のページから公式のPDFをご覧ください。解説だけでも読み取り方が分かるように書いています。
解説
正解は4です。紅茶が失った熱は、まず氷をとかすことに使われ(融解熱)、次にとけてできた0 ℃の水を5 ℃まで温めることに使われます。熱の出入りが紅茶と氷の間だけなので、紅茶が失った熱量は、この2つの合計と等しくなります。3は「失った熱量」としている点が誤りで、1と2はどちらか一方しか数えていません。
出典:文部科学省ホームページ(https://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/shiken/kakomon/1411255_00017.htm)を加工して作成