[危険物取扱者・乙4]熱の移動と熱膨張

熱の移動（重要度☆☆☆）

熱の移動には下記の３種類があります。

①伝導

太陽に長時間当てた金属を触ると熱くて触れないことがあります。

このように、物質を加熱すると、直接加熱していない部分にも熱が伝わっていきます。

これを伝導といいます。

物質には熱が伝わりやすいものもあれば、伝わりにくいものもあります。これを熱伝導率で表します。熱伝導率の数値が大きいと熱が伝わりやすく、

気体（小）→液体（中）→固体（大）

の順に熱伝導率が大きいです。

また、固体の中でも、金属の熱伝導率が大きく、

木材（小）→コンクリート（中）→金属（大）

の順に熱伝導率が変わります。

また、熱伝導率が大きい物質は、熱が蓄積しにくいので、可燃性でも燃焼しにくいです。

②放射

こたつや焚火で体を温めるように、物体が熱を出して他の物体に熱を伝えることを放射といいます。熱を伝える物質がなくても伝わるため、真空の空間でも放射は起こります。

③対流

エアコンのように、液体や気体が移動することによって熱が伝わることを対流といいます。

液体や気体が加熱されると膨張し、密度が小さくなって上昇します。そこに冷たい部分が流れ、これがまた温められます。

熱膨張（重要度☆☆）

温度が高くなって物体の長さ（線膨張）や体積（体膨張）が増加することを熱膨張といいます。

1℃当たりの膨張する割合を熱膨張率といい、単位はK⁻¹で表します。

また、体積が膨張する割合を示す数値を体膨張率といいます。体膨張率は物質によって違い、

固体（小）→液体（中）→気体（大）

の順で大きくなります。

熱膨張によって増加する体積は、下記の公式によって求められます。

増加体積＝元の体積×体膨張率×温度差

物質の熱膨張にはそれぞれ特徴があります。

液体

液体は体膨張によって体積が変わります。

たとえば、500ℓのガソリンの温度が10℃から20℃に上がるとします。ガソリンの体膨張率は１．３５×１０⁻³K‐¹です。

１０⁻³は「１/１０×１０×１０＝１/１０００」または「０．００１」です。K⁻¹は単位なのであまり気にしなくてもいいです。

熱膨張によって増加する体積の公式に当てはめると、

元の体積５００ℓ×体膨張率０．００１３５×温度差１０＝６．７５

つまり、ガソリン５００ℓの温度が10℃上がると、６．７５ℓの体積が増えるということです。

固体

固体の場合、体膨張のほかに、ある２点間の距離の変化を考えます（線膨張）。一般に、固体の体膨張率は線膨張率の３倍です。

気体

気体の場合、液体と同じで体膨張を考えます。気体の体膨張率は液体や固体よりも大きく、どの気体でも、圧力が一定の場合、温度が１℃上昇する度に０℃のときの体積の１/２７３ずつ膨張します。

本試験で狙われるポイント

練習問題

問題　熱伝導や熱膨張について、誤っているものはどれか。

（１）フライパンを火にかけるとフライパンが熱くなるのは、熱の伝導である。

（２）ガソリンは木の破片よりも熱伝導率が大きい。

（３）１０００ℓのガソリンの温度が20℃から25℃になると、ガソリンの体積は１００６．７５ℓになる。ただし、ガソリンの体膨張率は １．３５×１０⁻³K‐¹とする。

（４）鉄、空気、水の中で体膨張率が最も高いのは空気である。

（５） ２００ℓのガソリンの温度が３０℃から４０℃になると、ガソリンの体積は２．７ℓ増加する。ただし、ガソリンの体膨張率は １．３５×１０⁻³K‐¹とする。

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