熱対策の基礎知識(1) ～熱の基礎知識～

1. 温度と熱

温度とは、物体の熱さや冷たさを示す尺度です。セ氏温度であれば℃、カ氏温度では℉という単位を使い、例えばお風呂の湯温(水の温度)は38℃と42℃であれば42℃の方が熱いということを温度によって示すことができます。辞典などには熱力学的な定義も解説されていますが、ここでは、とりあえず冷温の程度を示す尺度と理解してください。

熱とは、高温部から低温部へ移動するエネルギーで、物体に出入りしてその温度を変化させます。例えば、カップに熱湯を注ぐとカップが熱くなるのは、熱湯(約100℃)の熱＝エネルギーがカップ(例えば室温)に移動するからです。

2. 熱量、ジュール

熱量とは、物体間でのエネルギーの流れ、つまり熱の量を数値化したものです。記号はQ(heat QuantityのQ)を使い、単位はJ(ジュール)です。

ジュールとは、物体に力を加え移動させる仕事に必要なエネルギーの量を示す単位です。ジュールはエネルギー量の他に仕事、熱量、電力量の単位としても使われます。例えば、1Jは仕事の1N・m(ニュートン・メートル)に換算できますが、意味することは同じです。

3. 発熱量

発熱量とは、単位時間あたりの熱の発生量や移動量です。熱量の単位はジュール(J)ですが、発熱量には主にワット(W)を使用します。ワットはジュールと時間(秒)で定義されます。

 

W＝J/s

W

発熱量

J

エネルギー量

s

時間(秒)

ちなみに、熱量の単位の１つである「カロリー」の基本的な定義は、「1gの水の温度を標準大気圧下で1℃上げるのに必要な熱量」です。また、1カロリーは、4.184Jになります。

4. 比熱と熱容量

比熱とは、物質1gの温度を1℃上昇させるときに必要な熱量のことです。
記号はcが使われ、単位は、J/K・gです。(K:絶対温度(+1℃ = +1K))
比熱は物質ごとに異なります。

熱容量とは、ある一定量の物質の温度を1℃上昇させるときに必要な熱量のことです。記号はCが使われ、その物質の比熱にグラム数を掛け算した値になります。

5. 熱の性質：熱移動(伝熱)、熱平衡

重要な熱の性質として、以下の2つがあります。

・熱は必ず高温側から低温側の物質に伝わる
　⇒　熱移動(伝熱)

・両者の温度が等しくなると、熱移動しなくなる
　⇒　熱平衡

これらは日常的に経験していることですので、すぐにイメージできると思います。熱が高温側から低温側に伝わることを熱移動または伝熱と言います。両方の温度が同じなると熱の移動が止まり、これを熱平衡(ねつへいこう)状態と言います

6. 熱移動の種類

熱移動(伝熱)には3つの種類があります。物質が熱を運ぶ「熱伝導」と「対流」、電磁波で熱が伝わる「熱放射」です。焚き火の図がそれぞれをわかりやすく示しています。焚き火は発する熱は、金属の棒を媒介として伝わり(熱伝導)、暖まった空気が上昇する(対流)ことで手に届き、同様に放射(熱放射)によっても手に届きます。