問3 下線部水が蒸発して周囲の温度を下げると同じような熱の現象として最も適切なも…
(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。 夏の気温の高い日には,アスファルトで覆われた道路の表面は50 ℃から65 ℃程度になる。 図1 は,涼をとるために,江戸時代から庶民の間でも親しまれていた「打ち水」と呼ばれる習慣を 行っている様子を表している。「打ち水」は,日差しであたためられた高い温度の地面に地面より 低い温度の水が触れることで地面の温度を下げる効果がある。また,地面であたためられた水が 蒸発して周囲の温度を下げる効果もある。 図1 図2 のように,容器の底に温度65 ℃にあたためた質量1 kg の板状のアスファルトを置いて, ペットボトルから水を注いだ。ペットボトルの中の水の温度は室温と等しく21 ℃であった。こ の状態から十分に時間を経過させたところ,板状のアスファルトと水の温度はともに32 ℃に なった。ペットボトルを満たしていた水の質量を1 kg,アスファルトの比熱容量(比熱)を 0.92 J/(g・K),水の比熱容量(比熱)を4.2 J/(g・K)とし,ペットボトルから容器に水を注ぐ間に 水の温度は変化せず,熱の移動は板状のアスファルトと水の間だけで行われるものとする。 ペットボトル 板状のアスファルト 容器 図2
問3 下線部水が蒸発して周囲の温度を下げると同じような熱の現象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 冷たい水に金属のスプーンを入れると,スプーンの温度は下がる。これは、触れ合って熱が伝わる熱伝導の例です。
- 2 やかんで水を加熱すると,やかんの中の水が対流する。これは、液体そのものが動いて熱を運ぶ対流の例です。
- 3 冬のよく晴れた朝に地表から赤外線が放出されて,気温が下がる。これは、赤外線によって熱が逃げる熱放射の例です。
- 4 液体のアルコールで手を消毒するとき,手が冷たく感じる。蒸発するときにまわりから熱を奪う、同じしくみです。
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。打ち水で涼しくなるのは、水が蒸発するときにまわりから熱(蒸発熱)を奪うためです。アルコールで手を消毒したときに冷たく感じるのも、アルコールが蒸発するときに手から熱を奪うからで、同じしくみです。1は熱伝導、2は対流、3は熱放射による現象で、いずれも蒸発とは別のしくみになります。熱の伝わり方を、3つに分けて整理しておきましょう。
出典:文部科学省ホームページ(https://www.mext.go.jp/a_menu/koutou/shiken/kakomon/1411255_00019.htm)を加工して作成