危険物取扱者に必要な基礎物理学　熱伝導２

基礎物理学

状態変化１

状態変化2

気体の性質

熱伝導１

熱伝導２

電気

熱伝導

熱の移動

熱伝導率が大きいとは、その物質が熱を伝えやすいと言うことである。
・固体は液体よりも熱伝導率が大きい。
・金属は非金属よりも熱伝導率が大きい。
・固体、液体、気体の中で気体の熱伝導率が最低。

対流

液体や気体が温度差によって、移動する現象を対流と言います。気体や液体は熱せられると、その部分が膨張して密度が低くなるため上昇します。部屋の温度が上方の方が暑かったり、お風呂の下の方が冷たくなっていたりするのは対流現象によります。したがって、部屋の暖房が床付近にあったり、お風呂の配管が浴槽の下の方についているのは対流を利用した設計による物です。

放射

熱せられた物体が熱放射線をを出して他の物体を熱する現象を放射と言います。
・ストーブから離れていたが、ストーブに向いている側が温まった。
・炎に照らされると暖かい。
・太陽の光が暖かく感じる。
などは、全て放射です。

伝導

熱が物質中を次々と伝わってゆく現象を伝導と言います。
・真っ赤に熱した鉄の棒を水に入れると、温水となった。
・水を熱すると、徐々に全体の水温が上がる。（対流は物質の動きです）
・鉄のフライパンで炒めものをしていたら、把手まで熱くなった。
などは、全て伝導です。

※　試験に出題されるので、上記の例は全て把握しましょう。

 

熱膨張

物体は温度が高くなるにつれてその体積が増えます。この現象を熱膨張と言います。

固体の膨張

固体の場合は膨張に伴い、任意の2点間の距離が長くなるはずです。その長さの変化を線膨張と言います。又、体積の変化は体膨張と言います。

線膨張とは単純に固体が膨張した際に、左図のように任意の2点間の距離が広がることを言います。

Ａの固体がＡ’と膨張した場合に、赤い点は距離が長くなります。
当然のことながら体積も膨張しており、このことを体膨張と言います。

実際は、固体が均等に線膨張することなどないので、例えば車のエンジンの設計などにおいては膨大な熱膨張における計算が行われます。そうしないと、シリンダー内で上下するピストンが動かなくなったり、圧縮が漏れてしまうことになるからです。

ただし、危険物取扱者として固体の膨張に関することは、実務ではあまり関係がないため、試験問題としてもあまり取り上げられません。

液体の膨張･気体の膨張

体膨張のみで考える。

これは、危険物取扱者として非常に重要です。
特に乙四類の危険物は可燃性液体ですから、貯蔵や移動の際の容器容量と危険物の膨張に関して正しい知識が必要となります。

では、どのように計算するのかをしっかり学びましょう。

問題としては「液体危険物が＊＊℃の時＊＊＊＊㍑である時、＊＊℃になると何㍑になるか」が有名です。

膨張した体積＝元の体積×（１＋体膨張率×温度差）　が公式となります。

例題：10℃（283K）で5,000㍑のガソリンが、25℃（298K）になると何㍑増加するか。
　　　　　ただし、ガソリンの体膨張率は0.00135K^-1とする。

では公式に当てはめます。

膨張した体積＝5,000×（１＋0.00135×15）＝5101.25㍑　5,101㍑－5,000㍑＝101㍑　　A．101㍑

増減量をいきなり算出できる公式もあります。

膨張した体積差＝元の体積×膨張率×温度差です。

これに上記の問題を当てはめてみます。

膨張した体積差＝5,000×0.00135×15＝101.25

※　膨張した体積差の方が簡単な式です。確実に覚えてください。よく出る問題です。

 

ちょっと練習問題

問題1：20℃（293Ｋ）で5,000Ｌのガソリンが、30℃（303Ｋ）になると何㍑になるか。
ただし、体膨張率は0.00135Ｋ^-1とする。

 

 

問題2：15℃で7,000Lのガソリンが、30℃になると何㍑になるか。
ただし、体膨張率は1.35×10^-3K^-1とする。

解答はページの下の方にあります。