0℃のH2O。果たして水か、それとも氷か!?
水は0℃で氷になります。そして氷は、0℃で溶けて、水になります。
では、0℃の状態では、果たして水なのでしょうか、それとも氷なのでしょうか?
正解から先に言いますと、0℃では、水と氷、両方が存在しえます。
ただ、水と氷の間には、高い高い「熱の壁」があるのです。
氷から水に溶ける場合を考えてみましょう。
まず、温度のものすごく低い氷を徐々に熱していき、0℃にします。
しかし、普通に熱するだけでは、0℃になっても、氷のままです。
では、どうすれば水になるのでしょうか?
その方法とは、
「0℃の氷に、1ccあたり80cal(カロリー)加える」
です。
1ccとは、縦横高さ、全てが1cmの物体の体積(大きさ)。
小指の爪の大きさが、縦横ほぼ1cmなので、ここに同じ大きさで高さ1cmの物を置けば、それが1ccになります。
そして、80calとは、1ccの0℃の水を、80℃まで上げるほどの強い熱の事。
つまり、たかが氷を水にするだけで、ものすごい量の熱が必要になるのです。
と言っても、たった1ccですから、感覚的にはあまり大きな熱では無いように感じますが…。
しかし、「1ccあたり80cal」と言う事を忘れてはいけません。
つまり、例えば、10cc(=1kg)の氷を溶かしたい場合、1kgの水を80℃まで上げる熱が必要になる、と言うわけです。
そして同時に、これが氷の「冷たさ」の正体でもあります。
氷を水にするためには、80calもの熱(熱量)が必要になります。
言い換えれば、氷は水になる時、周りから1ccあたり80calもの熱を奪い取る事になります。
そのため、氷を手の上に載せると、手から80calもの熱を奪い取られ、冷たく感じるのです。
また、水から氷にする時は、水から80カロリーの熱を奪う必要があります。
ちなみに、これは100℃の場合も同じ事です。
水は100℃で水蒸気になりますが、その時は359calもの熱が必要になります。
なお、今回は熱(熱量)の単位として「cal」を使いましたしたが、現在学校で習うのは「J(ジュール)」。
80calをジュールに直すと、約335J。
359calをジュールに直すと、約1503Jとなります。
あと、習っていない方に補足。
題名の「H2O」とは、「水」を表す、記号のような物(「化学式」と言う)。
まぁ、H2O=水蒸気or水or氷と覚えておけば、差し支えないでしょう。…たぶん。
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