エネルギーの出入り（物質の状態変化）

質問

固体、液体、気体が別の状態に変化するときにはエネルギーの
出入りがありますが日常的な現象として参考書に

　　１）氷を浮かべて飲み物を冷やすこと、
　　２）アルコールを手に付けると涼しく感じられる事

　と、記載されているのですが、平たく言うと上記のように冷たくないものが
　冷たく感じられる（熱を吸収する）時の事だけをエネルギーの出入りがあると
　いうのでしょうか？

　サッカーボールに空気を入れる際、注入口が熱くなることはエネルギーの出入りが
　ないのでしょうか？
　どなたかわかりやすくご教授ください。よろしくお願いします。

回答No.2

pasocom · ベストアンサー

「固体、液体、気体が別の状態に変化するときにはエネルギーの出入りがある。」
これは「潜熱」という熱の出入りを説明しているのです。
たとえば0℃の氷が溶けて0℃の水になるとき。温度は変わりませんが、ここでは氷に熱が注入されることによって溶けている（固体が液体に変化した）のです。
氷1gが溶けるのに必要な熱量は約330ジュール（＝80カロリー）です。

しかし、熱の出入りは「潜熱」（温度変化を招かない、隠れた熱という意味）だけではありません。例えば1gの水に1カロリーの熱を加える（与える、吸収させるといってもいい）、温度が1℃上昇します。
例）20℃の水1gに1カロリー加えると温度は21℃に上昇する。
です。
この逆も成り立ちます。氷を浮かべたジュースの温度が下がるのはジュースから熱が奪われた（出て行ってしまった）からですね。
こちらは「顕熱」（目に見えてわかる、温度変化を招く熱）といいます。

このように「温度が変化する」ということはすべて「熱の出入りがある」ということです。

さて、では「熱」とはなんでしょうか。いったい実体として何が「出入り」するのか？。
その答えは「エネルギー」です。
金槌で石を何度も殴ったことありますか？。金槌も石も非常に熱くなります。この熱はいったいどこから入ったのでしょう。
それは「石を叩いた」というエネルギーが石の温度上昇という「熱」に変わっただけのことです。
難しく例えなくても「摩擦熱」というものを思い出せばわかるでしょうか。
「運動のエネルギー」→「温度」となるのです。またこの逆もあり得ます。

ご質問の「サッカーボールに空気を入れる際、注入口が熱くなる。」時、ポンプを大変なエネルギーを掛けてピストンさせてますね。そのエネルギーが内部の空気の温度上昇となり、ついでに口金まで熱くなるのです。

ところで、ご質問の参考書？項目は、最初に述べたように「潜熱」に関する説明だと思われます。
この場合、「サッカーボールの例」のような「顕熱」のことは頭から切り離した方が宜しいかと思いますが。

お礼

なるほど、
運動エネルギーの熱だとわかりやすいですね、
感覚的にですが理解できました、ありがとうございました＾＾

回答No.1

doc_monday

１）や２)は熱と温度の直感的な関係を示しています。

高校では熱化学反応があらわれ、大学では熱力学や化学工学など微分方程式が必要な「系」が現れます、死ぬほどキツイので期待してください。^^;