第11章熱エネルギー、熱、仕事Thermal Energy, Heat, and Work原書 p.339–368
Chapter Review章のまとめ
Concept Items概念の問題
11.1 Temperature and Thermal Energy 1A glass of water has a temperature of 31 degrees Celsius. What state of matter is it in?
11.1 温度と熱エネルギー 1コップの水の温度がセルシウス31度である。これはどの物質の状態か。
a. solidb. liquid
a. 固体b. 液体
c. gasd. plasma
c. 気体d. プラズマ
2What is the difference between thermal energy and internal energy?
2熱エネルギーと内部エネルギーの違いは何か。
a. The thermal energy of the system is the average kinetic energy of the system’s constituent particles due to their motion. The total internal energy of the system is the sum of the kinetic energies and the potential energies of its constituent particles.b. The thermal energy of the system is the average potential energy of the system’s constituent particles due to their motion. The total internal energy of the system is the sum of the kinetic energies and the potential energies of its constituent particles.c. The thermal energy of the system is the average kinetic energy of the system’s constituent particles due to their motion. The total internal energy of the system is the sum of the kinetic energies of its constituent particles.d. The thermal energy of the system is the
a. 系の熱エネルギーとは、系を構成する粒子がその運動によって持つ平均の運動エネルギーである。系の全内部エネルギーとは、構成粒子の運動エネルギーと位置エネルギーの和である。b. 系の熱エネルギーとは、系を構成する粒子がその運動によって持つ平均の位置エネルギーである。系の全内部エネルギーとは、構成粒子の運動エネルギーと位置エネルギーの和である。c. 系の熱エネルギーとは、系を構成する粒子がその運動によって持つ平均の運動エネルギーである。系の全内部エネルギーとは、構成粒子の運動エネルギーの和である。d. 系の熱エネルギーとは、
Fahrenheit to Kelvin conversion
ファーレンハイトからケルビンへの換算
Kelvin to Fahrenheit conversion
ケルビンからファーレンハイトへの換算
11.2 Heat, Specific Heat, and Heat Transfer11.2 熱、比熱、熱の移動
11.3 Phase Change and Latent Heat11.3 相変化と潜熱
heat transfer for melting/freezing phase change
融解・凝固の相変化における熱の移動
heat transfer for vaporization/ condensation phase change
気化・凝縮の相変化における熱の移動
average potential energy of the systems’ constituent particles due to their motion. The total internal energy of the system is the sum of the kinetic energies of its constituent particles.
系を構成する粒子がその運動によって持つ平均の位置エネルギーである。系の全内部エネルギーとは、構成粒子の運動エネルギーの和である。
3What does the Celsius scale use as a reference point?
3セルシウス目盛りは何を基準点にしているか。
a. The boiling point of mercuryb. The boiling point of wax
a. 水銀の沸点b. ろうの沸点
c. The freezing point of waterd. The freezing point of wax
c. 水の凝固点d. ろうの凝固点
11.2 Heat, Specific Heat, and Heat Transfer 4What are the SI units of specific heat? a. b.
11.2 熱、比熱、熱の移動 4比熱のSI単位は何か。 a. b.
5What is radiation?a. The transfer of energy through emission and absorption of the electromagnetic waves is known as radiation.b. The transfer of energy without any direct physical contact between any two substances.c. The transfer of energy through direct physical contact between any two substances.
5放射とは何か。a. 電磁波の放出と吸収によるエネルギーの移動を放射という。b. 二つの物質が直接触れ合うことなしに起こるエネルギーの移動。c. 二つの物質が直接触れ合うことによるエネルギーの移動。
d. The transfer of energy by means of the motion of fluids at different temperatures and with different densities.
d. 温度が違い密度も違う流体の運動によるエネルギーの移動。
11.3 Phase Change and Latent Heat 6Why is there no change in temperature during a phase change, even if energy is absorbed by the system?
11.3 相変化と潜熱 6系がエネルギーを吸収しているのに、相変化のあいだ温度が変わらないのはなぜか。
a. The energy is used to break bonds between particles and so does not increase the potential energy of the system’s particles.b. The energy is used to break bonds between particles and so increases the potential energy of the system’s particles.
a. エネルギーは粒子間の結びつきを断つのに使われるので、系の粒子の位置エネルギーは増えないから。b. エネルギーは粒子間の結びつきを断つのに使われるので、系の粒子の位置エネルギーが増えるから。
Critical Thinking Items批判的に考える問題
11.1 Temperature and Thermal Energy 8The temperature of two equal quantities of water needs to be raised - the first container by degrees Celsius and the second by degrees Fahrenheit. Which one would require more heat?a. The heat required by the first container is more than the second because each degree Celsius is equal to degrees Fahrenheit.b. The heat required by the first container is less than the second because each degree Fahrenheit is equal to degrees Celsius.c. The heat required by the first container is more than the second because each degree Celsius is equal to degrees Fahrenheit.d. The heat required by the first container is less than the second because each degree Fahrenheit is equal to degrees Celsius.
11.1 温度と熱エネルギー 8. 同じ量の水二つの温度を上げる必要がある。一つ目の容器はセルシウス度、二つ目はファーレンハイト度である。より多くの熱が要るのはどちらか。a. 一つ目の容器に要る熱のほうが二つ目より多い。セルシウス1度がファーレンハイト度にあたるから。b. 一つ目の容器に要る熱のほうが二つ目より少ない。ファーレンハイト1度がセルシウス度にあたるから。c. 一つ目の容器に要る熱のほうが二つ目より多い。セルシウス1度がファーレンハイト度にあたるから。d. 一つ目の容器に要る熱のほうが二つ目より少ない。ファーレンハイト1度がセルシウス度にあたるから。
9What is 100.00 °C in kelvins?a. 212.00 Kb. 100.00 K
9100.00 ℃はケルビンでいくらか。a. 212.00 Kb. 100.00 K
c. 473.15 Kd. 373.15 K
c. 473.15 Kd. 373.15 K
11.2 Heat, Specific Heat, and Heat Transfer 10The value of specific heat is the same whether the units are J/kg⋅K or J/kg⋅ºC. How?
11.2 熱、比熱、熱の移動 10比熱の値は、単位がJ/kg·KでもJ/kg·℃でも同じである。なぜか。
a. Temperature difference is dependent on the chosen temperature scale.b. Temperature change is different in units of kelvins and degrees Celsius.c. Reading of temperatures in kelvins and
a. 温度差は選んだ温度目盛りによるから。b. 温度変化はケルビンとセルシウス度で違うから。c. ケルビンとセルシウス度では
c. The energy is used to break bonds between particles and so does not increase the kinetic energy of the system’s particles.d. The energy is used to break bonds between particles and so increases the kinetic energy of the system’s particles.
c. エネルギーは粒子間の結びつきを断つのに使われるので、系の粒子の運動エネルギーは増えないから。d. エネルギーは粒子間の結びつきを断つのに使われるので、系の粒子の運動エネルギーが増えるから。
7In which two phases of matter do atoms and molecules have the most distance between them?
7原子や分子どうしの距離が最も大きいのは、物質のどの二つの相か。
a. gas and solidb. gas and liquid
a. 気体と固体b. 気体と液体
c. gas and plasmad. liquid and plasma
c. 気体とプラズマd. 液体とプラズマ
degree Celsius are the same. d. The temperature change is the same in units of kelvins and degrees Celsius.
温度の読みが同じだから。 d. 温度変化はケルビンとセルシウス度で同じだから。
11If the thermal energy of a perfectly black object is increased by conduction, will the object remain black in appearance? Why or why not?
11完全に黒い物体の熱エネルギーを伝導によって増やしたら、その物体は見た目に黒いままだろうか。それはなぜか。
a. No, the energy of the radiation increases as the temperature increases, and the radiation becomes visible at certain temperatures.b. Yes, the energy of the radiation decreases as the temperature increases, and the radiation remains invisible at those energies.c. No, the energy of the radiation decreases as the temperature increases, until the frequencies of the radiation are the same as those of visible light.d. Yes, as the temperature increases, and the energy is transferred from the object by other mechanisms besides radiation, so that the energy of the radiation does not increase.
a. いいえ。温度が上がると放射のエネルギーが増え、ある温度で放射が目に見えるようになるから。b. はい。温度が上がると放射のエネルギーは減り、そのエネルギーでは放射は目に見えないままだから。c. いいえ。温度が上がると放射のエネルギーが減り、やがて放射の振動数が可視光と同じになるから。d. はい。温度が上がると、放射以外のしくみで物体からエネルギーが移るので、放射のエネルギーは増えないから。
12What is the specific heat of a substance that requires 5.00 kJ of heat to raise the temperature of 3.00 kg by 5.00 °F?a. 3.33×103 J/kg ⋅° Cb. 6.00×103 J/kg ⋅° Cc. 3.33×102 J/kg ⋅ ° Cd. 6.00×102 J/kg ⋅ ° C
123.00 kgの温度を5.00 °F上げるのに5.00 kJの熱が要る物質の比熱はいくらか。a. 3.33×103 J/kg·℃b. 6.00×103 J/kg·℃c. 3.33×102 J/kg·℃d. 6.00×102 J/kg·℃
11.3 Phase Change and Latent Heat 13Assume 1.0 kg of ice at 0 °C starts to melt. It absorbs 300 kJ of energy by heat. What is the temperature of the water afterwards?a. 10 °Cb. 20 °C
11.3 相変化と潜熱 130 ℃の氷1.0 kgが融け始めるとする。熱によって300 kJのエネルギーを吸収する。そのあとの水の温度はいくらか。a. 10 ℃b. 20 ℃
Problems問題
11.1 Temperature and Thermal Energy 14What is 35.0 °F in kelvins?a. 1.67 Kb. 35.0 K
11.1 温度と熱エネルギー 1435.0 °Fはケルビンでいくらか。a. 1.67 Kb. 35.0 K
c. -271.5 Kd. 274.8 K
c. −271.5 Kd. 274.8 K
15Design a temperature scale where the freezing point of water is 0 degrees and its boiling point is 70 degrees. What would be the room temperature on this scale?
15水の凝固点を0度、沸点を70度とする温度目盛りを作れ。この目盛りで室温はいくらになるか。
a. If room temperature is 25.0 °C, the temperature on the new scale will be 17.5 °.b. If room temperature is 25.0 °C, the temperature on the new scale will be 25.0°.c. If the room temperature is 25.0 °C, the temperature on the new scale will be 35.7°.d. If the room temperature is 25.0 °C, the temperature on the new scale will be 50.0°.
a. 室温が25.0 ℃なら、新しい目盛りでは17.5度になる。b. 室温が25.0 ℃なら、新しい目盛りでは25.0度になる。c. 室温が25.0 ℃なら、新しい目盛りでは35.7度になる。d. 室温が25.0 ℃なら、新しい目盛りでは50.0度になる。
11.2 Heat, Specific Heat, and Heat Transfer 16A certain quantity of water is given 4.0 kJ of heat. This raises its temperature by 30.0 °F. What is the mass of the water in grams?
11.2 熱、比熱、熱の移動 16ある量の水に4.0 kJの熱を与える。これによって温度が30.0 °F上がる。水の質量はグラムでいくらか。
a. 5.7 g
a. 5.7 g
Performance Task実践課題
11.3 Phase Change and Latent Heat 20You have been tasked with designing a baking pan that will bake batter the fastest. There are four materials available for you to test.
11.3 相変化と潜熱 20生地を最も速く焼く天板を設計せよという課題が与えられた。試せる材料は四つある。
• Four pans of similar design, consisting of aluminum, iron (steel), copper, and glass• Oven or similar heating source• Device for measuring high temperatures• Balance for measuring mass
・同じ設計の天板四枚。アルミニウム、鉄(鋼)、銅、ガラス製・オーブンなどの熱源・高温を測る装置・質量を測る天びん
Instructions Procedure
手引き 手順
1Design a safe experiment to test the specific heat of each material (i.e., no extreme temperatures should be used)
1それぞれの材料の比熱を調べる安全な実験を設計する(すなわち極端な温度は使わないこと)
c. 5 °Cd. 0 °C
c. 5 ℃d. 0 ℃
b. 570 g
b. 570 g
c. 5700 gd. 57 g
c. 5700 gd. 57 g
175290 J of heat is given to 0.500 kg water at 15.00 °C. What will its final temperature be?a. 15.25° Cb. 12.47 ° C
1715.00 ℃の水0.500 kgに5290 Jの熱を与える。最終温度はいくらになるか。a. 15.25 ℃b. 12.47 ℃
c. 40.3° Cd. 17.53° C
c. 40.3 ℃d. 17.53 ℃
11.3 Phase Change and Latent Heat 18How much energy would it take to heat 1.00 kg of ice at 0 °C to water at 15.0 °C?
11.3 相変化と潜熱 180 ℃の氷1.00 kgを15.0 ℃の水にするには、どれだけのエネルギーが要るか。
a. 271 kJb. 334 kJc. 62.8 kJd. 397 kJ
a. 271 kJb. 334 kJc. 62.8 kJd. 397 kJ
19Ice cubes are used to chill a soda with a mass msoda = 0.300 kg at 15.0 °C. The ice is at 0 °C, and the total mass of the ice cubes is 0.020 kg. Assume that the soda is kept in a foam container so that heat loss can be ignored, and that the soda has the same specific heat as water. Find the final temperature when all ice has melted.
1915.0 ℃、質量msoda = 0.300 kgのソーダを氷で冷やす。氷は0 ℃にあり、氷全体の質量は0.020 kgである。ソーダは発泡スチロールの容器に入っていて熱の逃げは無視でき、ソーダの比熱は水と同じだとする。氷がすべて融けたときの最終温度を求めよ。
a. 19.02 °Cb. 90.3 °C
a. 19.02 ℃b. 90.3 ℃
c. 0.11 °Cd. 9.03 °C
c. 0.11 ℃d. 9.03 ℃
2. Write down the materials needed for your experiment and the procedure you will follow. Make sure that you include every detail, so that the experiment can be repeated by others.3. Carry out the experiment and record any data collected.4. Review your results and make a recommendation as to which metal should be used for the pan.
2. 実験に必要な材料と、たどる手順を書き出す。他の人が同じ実験を繰り返せるよう、細部まで漏らさず書くこと。3. 実験を行い、得られたデータを記録する。4. 結果を検討し、天板にはどの金属を使うべきかを提案する。
a. What physical quantities do you need to measure to determine the specific heats for the different materials?b. How does the glass differ from the metals in terms of thermal properties?
a. それぞれの材料の比熱を求めるには、どんな物理量を測る必要があるか。b. 熱的な性質という点で、ガラスは金属とどう違うか。
c. What are your sources of error?
c. 誤差の原因は何か。