100度のお湯と100度のお湯を足してもなぜ100度?




(本日の準備は小さいコップ2個と、大きいコップ1個、カルピスです)


 100たす100は?

 そう200だよね。
でも100度のお湯と100度のお湯は足しても100度。???


実は、100度と100度が足されているんだけど、増えているものが
他にもあるんだよ。 何だと思う?

そう、お湯の量も増えているんだよね。



このカルピス(原液)。そのままが100度だとするよね。
この小さいコップ2杯に入っているけど、これを大きいコップに
足して、入れてみるよね。


濃さは変わったかな?

そう。変わらないよね。混ぜても混ぜても濃くはならないよね。

でも、カルピスの量は増えたね。



 100度のお湯の時も、同じなんだ。お湯は増えるよね。
でも、温度は100度で変わらない。 
お湯の温度とカルピスの濃さと似ているね。(^^)


 0度のお湯(水)と100度のお湯を同じ量だけ混ぜると50度になる。
ちょうど半分の温度だね。


このカルピスも、原液のカルピスとまったくカルピスの無い水。
同じ量だけまぜると、半分の濃さになる。 なんとなくわかった?



 このお湯の熱さを熱量って言うんだけど、混ぜる前と後では
全部の熱量は変わらないんだよ。

 カルピスも、水とカルピスの原液をまぜても、カルピスの
元の量は変わらなくて、薄くなるだけだよね。



前に、暖められると空気や水がふくらむのは何故か教えてあげたね
(   こちらを参照下さい

この分子の動くエネルギーが、熱のもとなんだよ。
冷たい水と、熱い水も、よ〜く混ぜると同じ温度になるよね。


例えばね。お湯なら、100度のエネルギーを持った分子が10個あったとして
同じ、100度のエネルギーを持った分子が10個混ざってもやっぱり
分子ひとつは、100度のエネルギーで変わらないんだよね。

でも、100度のエネルギーを持った分子が10個と0度のエネルギーを
持った分子が10個混ざると、みんな同じくらいのエネルギーに
なっていくから、分子一つは、50度のエネルギーになっちゃうんだね。



カルピスの濃さも、よ〜く混ぜると、同じでしょ。
この分子の動きも、大体同じくらいになってくるんだ。


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【解説】

 熱量保存の法則です。
(エネルギー保存の法則、熱力学第1法則)

物体Aと物体Bの間で、熱は移動するが総量は変化しません。
また、 (   こちら)で書いたように、

 熱の考え方は、このような分子の運動エネルギーとしてとらえると、
温度が高いということは、分子運動が激しく大きいということで、
温度が低いということは、分子運動が小さいということです。

「熱の移動」は、分子運動からみると、運動が早い分子と、遅い分子が
何度も衝突を繰り返し、分子の運動が平均化されるという事です。
熱をエネルギーとしてとらえれば、「熱の移動」ではなく
「エネルギーの移動」であり、エネルギー保存の法則ですね。


 また、熱は必ず高温から低温の物質に流れます。
逆は、ありません。(熱力学第2法則)


 もし、100度の水と0度の鉄を、同じ1Kgづつ接触させると、両方の温度は
やがて同じになります。しかし、水同士の場合とは違い、外部影響の
温度変化が無いとしても、50度にはなりません。

 これは、鉄と水で比熱が違うからです。
比熱容量とは、体積及び、圧力が一定の条件で、単位質量の物質の温度を
単位温度上げるのに必要な熱量の事をいいます。
通常は、1kgの物質を1度上げるのに必要な熱量の事をいいます。

 鉄は比熱容量が少ないため、水よりも少ない熱量で温度が上がります。
したがって、この場合は、両方を接触させておくと50度より高い温度で
落ち着くはずです。






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