潜熱の計算(融解熱・気化熱)
質量と、氷をとかす(融解)か水をすべて水蒸気にする(気化)かを選ぶと、状態を変えるのに必要な熱量(潜熱)を計算します。温度を上げるための熱量は含みません。
くわしい条件を変える(なくても計算できます)
計算方法
熱量 Q = 質量 m × 潜熱 L(潜熱は、状態を変えるのに必要な、物質1gあたりの熱量)
例:氷100gをすべて水にとかすには、融解熱334J/gを使って、100×334=33,400J(33.4kJ)が必要です。水100gをすべて水蒸気にするには、気化熱2260J/gを使って、100×2260=226,000J(226kJ)が必要です。
潜熱は、氷をとかしたり水を蒸発させたりする間、温度を上げずに状態だけを変えるために使われる熱量です。とけている(沸とうしている)間は温度が変わらないため、この計算には温度を上げるための熱量(比熱によるもの)は含みません。
式の意味を説明します。氷がとけている間や水が沸いている間は、熱を加えても温度が上がりません。その熱は、状態を変えるために使われます。物質1gの状態を変えるのに必要な熱量が潜熱なので、質量に潜熱をかけると必要な熱量になります。だから温度を上げるための熱量とは別に考えます。
例:氷150gをすべてとかすには、融解熱334J/gなら150×334で50,100J(50.1kJ)が必要です。氷100gなら33,400Jになります。
気をつけること。この計算に、温度を上げるための熱量は含まれていません。0℃より冷たい氷は、まず0℃まで温める熱が必要です。気化熱は圧力によって変わるため、値は100℃・1気圧のものです。実際は容器や空気にも熱が逃げます。
出典:理科年表(丸善出版)などにみられる、氷の融解熱・水の気化熱の代表値、NIST Chemistry WebBook(水の状態変化のデータ)
よくある質問
潜熱とは?
氷が水に、水が水蒸気になるときのように、温度を変えずに状態だけを変えるのに必要な熱量です。
融解熱の値は?
氷の場合、1gあたり約334J(79.7cal)です。
気化熱の値は?
水の場合(100℃)、1gあたり約2260J(540cal)です。氷をとかすより、ずっと大きな熱量が必要です。
温度を上げる熱量は別に計算する?
はい。氷を0℃未満から0℃にする、水を0℃から100℃にするなどの熱量は、比熱を使った別の計算(熱量Q=mcΔt)が必要です。
質量0のときは?
熱量も0になります(状態を変える物がないため)。