物理・化学の基礎２
こんにちは、あさとです。
今日も危険物の勉強をしていきましょう。
今日は、密度について、熱量について、熱の移動について、静電気についてお話しします。
内容は多めですが、大事なところだけを絞ってお伝えしていくので、ぜひ最後まで見ていってください。
それでは、スタートします。
まず密度についてです。
密度とは、物質の質量を物質の体積で割った値のことです。
例えば4gの質量で2cm3の体積を持った物質があるとします。
この物質の密度は、4gわる2cm3で2g/cm3ということになります。
ちなみに水は4℃の時密度が1g/cm3になります。
水に浮くか、沈むかというのはこの密度によって決まります。
水に浮くものは水よりも密度が小さいもの、水に沈むものは水よりも密度が大きいものです。
４℃の水の密度が１なので、４℃の水に浮くものは密度が１よりも小さく、４℃の水に沈むものは密度が１よりも大きいということになります。
次に比重についてお話しします。比重と言うのは体積が同じときに４℃の水と比べて物質の重さが何倍かを示す値のことです。
式は、物質の質量わる同じ体積の４℃の水の質量です。
先ほどの浮くか沈むかと言う話は、比重が１より小さければその物質は４℃の水に浮き、比重が１より大きければその物質は４℃の水に沈むと言うこともできます。
さて、液体だけではなく気体にも密度と比重はあります。
この時の密度を蒸気密度と言います。
気体の質量を気体の体積で割った値です。先ほどの密度の単位はg/cm3でしたが、今回の単位はg/Lです。気体になると体積が大きくなるのでLを使うことが多いんですね。
さて、気体の比重は蒸気比重と言います。
先ほど、比重を求めるときに４℃の水の質量を使いましたが、ここでは０℃の１気圧の空気の質量を使います。ここで言う１気圧とは１０１３hPaのことです。
一応知っておくとよいでしょう。
密度については質量わる体積で値が出てくるということを知っておいてください。
それでは次に、熱量についてです。
物体を熱したり、冷やしたりするときに物体に出入りする熱の量を熱量と言います。
熱量の単位はジュールと言います。またカロリーと言うこともあります。
１カロリーは約4.2Jです。
次に比熱です。
比熱とは物質1gの温度を1℃上げるために必要な熱量のことです。
単位はJ/g・Kです。
例として水の比熱は4.2J/g・Kです。水1gの温度を1℃あげようと思うと4.2Jの熱量が必要だということです。
ほかには、銅の比熱は0.38J/g・Kです。つまり銅1gを1℃あげようと思うと0.38Jの熱量が必要なんですね。
これらを比べると、銅よりも水の方が1℃上げるために必要な熱量が大きいです。
つまり、水は温まりにくく、銅は温まりやすいということになります。
これは冷やす時も同様なので、水は温まりにくく冷めにくい、銅は温まりやすく冷めやすいということになります。
実際の生活の中でも体感したことがある人もいると思います。
水は比熱が大きいということを知っておいてください。
次に、熱容量についてです。
比熱は1gの物質を1℃上昇させるのに必要な熱量でしたが、熱容量はある物質を1℃上げるのに必要な熱量のことです。
どういうことかというと、100gの水の温度を変えようと思うと、比熱が4.2J/g・Kなので、100gの水の温度を変えるときに必要な熱量は4.2J/g・Kかける100gで420J/Kとなります。
この値が100gの水の熱容量というわけです。
式にすると、物質の比熱にその物質の質量をかけた値のことを熱量量と言います。単位はJ/Kです。大事なので覚えておいてください。
少し練習をしてみます。
１０℃のエタノール１００gを１５℃まで温まるのに必要な熱量を求めてみましょう。ただし、エタノールの比熱は2.38J/g・Kです。
比熱は物質1gを1℃温めるのに必要な熱量でした。
エタノールが１０℃なのを１５℃にするので、温める温度は１５－１０で５℃です。
エタノール1gをを５℃温めるのに必要な熱量は2.38J/g・Kかける５℃で11.9J/gとなります。
これがエタノール1gを５℃温めるのに必要な熱量です。
エタノールは１００あるので、１１.９J/gかける１００gで１１９０Jとなります。これが１０℃のエタノール１００gを１５℃まで温めるのに必要な熱量です。
次に熱の移動についてです。
熱の移動の仕方には、伝道、対流、放射の３種類があります。
一つずつ説明します。
まず伝道です。
熱が高い方から低い方へ伝わっていくことを電動と言います。必ず高い方から低い方へ伝わることを覚えておいてください。
熱の伝わりやすさは物質によって違います。
金属の方が金属じゃないものよりも伝わりやすいです。
また、固体の方が液体よりも伝わりやすいです。気体ではなかなか熱が伝わりません。
この伝わりやすさを表すのが熱伝導率です、
例えば銅の熱伝導率は0.92ですが、水の熱伝導率は0.0014です。熱は固体の方が液体よりも伝わりやすいのがわかりますよね。
次に対流です。
対流は液体や気体の内部で、温度差による流れが起きる現象のことです。
流れが起きるというのが伝道と違うところですね。
次に放射です。これは別名輻射とも言い、熱せられた物体が出す放射熱によってほかの物体に熱が伝わることです。
太陽によって地球が熱せられるのもこの放射です。
それでは次に熱膨張についてお話しします。
物体は温度が高くなると体積が増えます。
これを熱膨張と言います。
熱膨張には２種類あり、それが線膨張と体膨張です。
線膨張は、棒状の固体の長さが温度の上昇により、変化することで、体膨張は物質の体積が温度の上昇によって変化することで。
そして体積の増加分は元の体積かける温度の増加分かける体膨張率で計算することができます。
最後に静電気ついてお話しします。
静電気を感じたことがある人は多いと思います。
あれ、二つの物質を摩擦したときなどに、物質の表面で発生する電気のことです。
物質に静電気がたまることを帯電と言います。
静電気は一般的に電気を伝えにくい物質ほど発生しやすくなります。
また液体でも帯電します。そのためガソリンがホースに流れるときやタンク内の揺れによっても帯電します。
特に第四類危険物の石油類は静電気が発生しやすいので注意が必要です。
静電気だけでは火災にはならないですが、帯電した静電気が何のきっかけで放電されると、電気火花が発生し、引火や爆発につながるので注意が必要です。
では、どんな注意が必要なのかをお話しします。
まず必要なのは、接地つまりアースです。
これは帯電しやすいものを導線で大地に接続しておくことです。これによって静電気を逃がすことができます。
次に、湿度を上げることです。
静電気は湿度が低いと発生しやすいので、湿度を上げておくと良いです。
最後に流速を制限することです。
配管やホース内を流れる油やガソリンの流速を上げると摩擦で静電気が発生しやすくなるので、流速を小さくすることで摩擦を小さくし、静電気の発生を抑えることができます。
今回はたくさんのテーマについてお話しをしてきました。
大事な点がたくさんあるので、動画を何回も見直して勉強してほしいと思います。
ご視聴いただきありがとうございました。
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それではまた次回の動画でお会いしましょう。
