質量と潜熱から融解・蒸発に必要な熱量を Q=mL で計算
Q = m × L
状態変化(融解・蒸発など)に必要な熱量は次の式で求めます。温度は変化せず、相だけが変わるときの熱です。
Q = m × L
Q:熱量(J ジュール)m:質量(g グラム)L:潜熱(J/g)。融解のときは融解熱、蒸発のときは蒸発熱代表的な潜熱(1気圧):
| 物質・変化 | 潜熱 L |
|---|---|
| 水の融解熱(氷→水) | 334 J/g |
| 水の蒸発熱(水→水蒸気) | 2257 J/g |
| エタノール 蒸発熱 | 855 J/g |
| 鉄 融解熱 | 247 J/g |
例:100 g の氷を 0℃ で水にするのに必要な熱量は Q = 100 × 334 = 33400 J ≒ 33.4 kJ。1 cal = 4.184 J で換算するとカロリーも表示します。質量と潜熱を入れると即時計算します。
氷を水にしたり、水を水蒸気にしたりするとき、温度は変わらないのに熱が必要です。この「潜熱」を質量から計算し、融解や蒸発に必要な熱量を一発で求められます。料理・実験・空調・冷却設計など、状態変化のエネルギーを知りたい場面で使えます。
潜熱の計算式はとてもシンプルです。
Q = m × L
Qは熱量、mは質量、Lは比潜熱(1gあたりの潜熱)です。温度上昇に使う「顕熱(Q=m・c・ΔT)」と違い、潜熱は温度が一定のまま状態だけを変える熱なので、温度差ΔTは式に入りません。
例えば0℃の氷100gを0℃の水にする場合、氷の融解熱はおよそ334J/gなので、Q=100×334=33,400J(約33.4kJ)。一方、100℃の水100gを水蒸気にするには蒸発熱2,257J/gを使い、Q=100×2,257=225,700J(約225.7kJ)。蒸発は融解より約7倍も多い熱を必要とすることが分かります。
Q. 顕熱と潜熱の違いは?
A. 顕熱は温度を上げ下げするための熱で、温度計に変化が現れます。潜熱は状態(固体・液体・気体)を変えるための熱で、加えても温度は変わりません。氷が溶けきるまで0℃のままなのが潜熱の例です。
Q. 融解熱と蒸発熱の値は何を使えばいい?
A. 水の場合は融解熱が約334J/g(約80cal/g)、蒸発熱が約2,257J/g(約540cal/g)です。物質ごとに値が異なるため、対象物質の比潜熱を入力してください。
Q. JとcalはどちらでもOK?
A. どちらでも構いません。1cal≒4.186Jで換算できます。物理計算ならJ、栄養・カロリー表記に合わせるならcalが扱いやすいです。