基礎的な物理学及び基礎的な化学問77熱量・比熱・熱膨張・熱移動

危険物乙四基礎的な物理学及び基礎的な化学問77：熱量・比熱・熱膨張・熱移動

比熱に関する次の記述のうち、**正しいもの**はどれか。

ア比熱が大きい物質ほど、同じ熱量を与えたときに温度が上がりやすい。
イ比熱が小さい物質ほど、同じ質量・同じ熱量を与えたとき温度変化が大きい。正答
ウ水の比熱は有機液体（油類）より小さいため、冷却消火に不向きである。
エ物質の比熱は温度に関係なく、常に一定の値をとる。
オ同じ物質でも液体・固体・気体の状態によって比熱は変わらない。

正答：イ比熱が小さい物質ほど、同じ質量・同じ熱量を与えたとき温度変化が大きい。

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正しいのはイです。比熱が小さい物質ほど、同じ熱量を与えたときに温度変化が大きくなります。

Q = mcΔt を変形すると Δt = Q/(mc) なので、c（比熱）が小さいほど Δt が大きい。

ア（誤）: 比熱が大きい→同じ熱量で温度が上がりにくい（逆）。
イ（正）: 比熱が小さい→温度変化が大きい。正しい。
ウ（誤）: 水の比熱は有機液体（油類）より大きく（約4.2 kJ/(kg・K)）、冷却効果が高い。
エ（誤）: 比熱は温度によって多少変化する（完全に一定ではない）。
オ（誤）: 固体・液体・気体で比熱は異なる（水0℃の氷は約2.1、液体水は4.2 kJ/(kg・K)）。

「比熱大＝温まりにくく冷めにくい」が基本です。

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比熱の定義と大小の意味（確立した物理学）:

比熱（c）は「1 kg の物質を 1 K（1℃）上昇させるのに必要な熱量（kJ/(kg・K) または J/(kg・K)）」です。

Q = mcΔt を変形すると：

Δt = Q / (mc)

同じ m（質量）・Q（熱量）なら、c が小さい→Δt が大きい（温度変化が大きい）。

代表的な比熱（参考値）:

水（液体）: 約 4.2 kJ/(kg・K)
鉄: 約 0.45 kJ/(kg・K)
有機液体（油類）: おおむね 1.5〜2.2 kJ/(kg・K)

各選択肢：

ア（誤）: 比熱が大きい→温まりにくく冷めにくい（温度変化が小さい）。逆の記述。
イ（正）: 比熱が小さい→同じ熱量で温度変化が大きい。油は水より比熱が小さいため同じ熱量でより大きく温度が上がる。
ウ（誤）: 水の比熱は約4.2 kJ/(kg・K）で、有機液体（1.5〜2.2程度）より約2倍大きい。水が冷却消火材として優秀な理由の一つ（第4類への注水禁止は別の理由による）。
エ（誤）: 比熱は実際には温度依存性がある（ただし常温付近では概ね一定として扱う）。「常に一定」は誤り。
オ（誤）: 状態（固/液/気）によって比熱は異なる（例: 水の氷は約2.1、液体水は約4.2）。

引っかけ: ア（比熱大→温まりやすい）とウ（水の比熱が小さい）が定番の誤り記述。

上級誤答論破・根拠法令まで深掘り

【理論的背景：比熱の物理的意味と分子構造】

比熱は物質の内部エネルギー（分子の熱振動・回転・並進運動）の変化しやすさを反映します。水は水素結合のネットワークを持つため、分子間の相互作用が強く、多くのエネルギーを蓄えられます（比熱が大きい）。有機液体（炭化水素系）は分子間のファンデルワールス力が弱く、熱エネルギーが少量でも分子運動が活発になるため比熱が小さくなります。

【物質の比熱と状態の変化】

同じ物質でも固体・液体・気体で比熱は異なります：