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Life + Chemistry

化学の講義録+大学を楽しく面白い学びの場に変える試みの記録 (北里大学・野島 高彦)

看護学科の化学講義(3)エネルギー

状態変化とか反応熱とかイオン化とかを理解するために必要な「エネルギー」の基礎.ここがわかっていないと,エネルギーが関係してきたときに何だかよくわからない状態になります.配布資料も作成.これを読んで途中の問題も解いてみよう.枚数が多いのは,省略せずにこまかく書いたからです.

前回の講義に対する質問コメント感想その他いろいろの紹介

前回の講義録に記してあります.

エネルギーとは

何かの仕事を成し遂げる能力をエネルギーと呼びます.運動エネルギー,位置エネルギー,熱エネルギー,電磁エネルギー,などがあります.他のエネルギーはここでは扱いません.

エネルギーをあらわすSI単位はジュール(J)です.ジュールは1 Nの力で物体を1 m動かすことのできるエネルギーです.したがって1 J=1 N mになります.

1 Nは1 m s-2の加速度で質量1 kgの物体を動かす力の大きさなので,1 N=1 kg m s-2です.

以上から,SI組み立て単位を用いて1 Jをあらわすと次のようになります.

1 J=1 N m=1 kg m s-2 m=1 kg m2 s-2

●エネルギーは物理的なにおいがして苦手意識を感じます.●今日のは物理チックだったので,若干頭がついていきませんでした.比熱はセンター試験のために丸暗記したのですが,今日の説明で分かった気がします.●今日は物理っぽかったけど,楽しかったです.●エネルギーについてだいたいわかったけど,まだ頭の中がグチャグチャ.とくに計算が苦手.タマゴ気をつけよ・・・●Jとかなかなかの強者の登場にやられた.●今日はねむかった!でもkJたのしかった!がんばる(^o^)/●J嫌いだったけど大まかに理解できた(^o^)/ エネルギーいろいろあっておもしろい!●単位変換の計算よりはエネルギーの計算の方が楽しかった.1年のうちに単位変換できるようにしたい.

熱エネルギー

物体を構成する粒子(原子や原子)の持つ運動エネルギーの尺度が温度です.物体を構成する粒子それぞれは異なる運動エネルギーを持っているので,この尺度は平均値になります.

物体の温度を上げてやるためには,熱エネルギーを与えてやる必要があります.しかし,同じ質量の異なる物質に,同じ大きさのエネルギーを与えても,温度上昇の大きさは同じにはなりません.たとえば1 kgの液体の水に対して温度を1 K上昇させるために必要な熱エネルギーは4.2 kJです.しかし,1 kgの液体のエタノールに対して温度を1 K上昇させるために必要な熱エネルギーは2.4 kJです.水よりもエタノールの方が温まりやすいのです.

このことを表した物理量が,比熱あるいは比熱容量と呼ばれるものです.液体の水の比熱は4.2 kJ K-1kg-1,液体のエタノールの比熱は2.4 kJ K-1kg-1となります.

比熱Cのわかっている物体が質量mあり,この温度を欲しい温度ΔTだけ上昇させるために必要となる熱エネルギーEは次のように計算できます.

E=CmΔT

たとえば,250 gの水を25℃から100℃まで加熱するために必要な熱エネルギーは次のとおりです.

(4.2 kJ K-1kg-1)(0.25 kg)(75 K)=79 kJ

計算するときには数値と単位をセットで扱う

問題文の数値だけ計算して最後に単位を付ける,というやりかたをするヒトがいますが,これは悪い習慣なのでただちに止めること.計算ミスの原因になります.数値と単位を最後までセットにして計算を進め,最後に残った単位が自分の求める単位であることを確認すれば計算ミスを犯しません.

●ちょっと眠かったんですけど,単位入り計算のすばらしさに感動しました.●今日の計算の考え方は分かりました.式にも単位を書くことを覚えました.なんとかなりそうです.●計算するときに今までは単位を後からつけていましたが,これからはきちんと書いていこうと思いました.●単位も数字と一緒に計算するのは答えの単位を書きやすく良かったです.●単位の計算の説明とても分かりやすかったです!! 頑張って行けそうです.●計算の単位が分かりやすかったです.頭が混乱しなくて済みそうです.

電子レンジ取り扱い注意

●電磁エネルギーの説明が面白かったです.計算はやはり苦手でした.●今日もユニークな授業ありがとうございました.電磁波のパワーを思い知りました!●電磁波の力は偉大だと思った.よくそんなものを日常に利用しようと考えた人がいたなぁと感心しました.●卵の実験映画がとっても迫力ありました.●卵がこわかったです.有効数字がよく分かりません!●今回のムービーではニワトリとダチョウの卵の実験でしたが,果たしてウズラの卵やカエルの卵ではどんな威力を発揮するんでしょうね?●卵爆弾に驚きました!!●卵気をつけます.●電磁波は小さくなるとあたたまりやすく大きくなるとあたたまりにくい」というのを今まで勘違いしていて,新しく学ぶことができました.●電子レンジドッカーン・・・だちょうかわいそう.●電子レンジを破壊しちゃうなんて・・・電子レンジの扱いには気を付けます.

エネルギー保存の法則

エネルギーは突然湧いて出てくることも,消え去ってしまうこともありません.エネルギーの形態が変わることはありますが,エネルギーの総量は保存されます.

コメント

  • 全般

●今日の授業はとてもわかりやるかった! 熱エネルギー電磁エネルギーおもしろい!●身近なものに先生が例えて説明してくれるので,分かりやすいです!●一つ一つ丁寧に説明してくれてわかりやすい●高校までおっくうに感じていた化学の授業があっというま! すげー!!●今日もおもしろかったです.わかりやすい授業でうれしいです!●先生は例えば,と例を言ってくれるのでイメージしやすくわかりやすいと思った.卵の映像はすごかったので,絶対にしないようにしようと思った.●先生の授業で,自分がわかっていないところがよく分かるようになりました.家で復習しまーす!●すごくわかりやすかったです!●今日の授業も楽しかったです.●楽しかったです.●今日も,すっごく楽しかったです!●たのしーい授業でした(^o^)明日から土日うれしーい!!!●先生 話すとき楽しそうですね.先生のまわりに音符が見えました!!!●先生が楽しそうで,見ていて楽しいです!(笑)●テンポがいいです!!●今日は少し眠くなってしまいました.すみません.●今日は少し眠かったです.●先生の授業をきいた後は世界が広がってみえます!! この前はゴキブリの殺虫剤のCMにケミストリー感じましたよ!!●今日も楽しかったです! 次回もがんばります!●楽しかったです! 計算がんばります.●今日は少し難しかったです.●今日のは分かった.前回のが難しく感じた.頑張る.●今日はなかなか理解できた.ウズラの卵くらいなら被害ないのかな-?●今日も集中して授業が受けられた.●分かったような分かってないような・・・って感じです.●授業楽しかったです.だちょうのゆで卵たべてみたいです.やっぱり目玉焼きが食べたいです.●今日は何となく分かった気がします! 卵,気をつけます!!●たまごやばかった.計算わかりやすくて助かりました!!●おもしろいこと言ってうけてる先生より,おもしろいだろー的な顔ですべってる先生を見るのが好きです●教室がちょっと寒かった●難しいです(;o;)●今日は自分の得意分野だったので聞いていて楽しかった.●化学科に行った友達が歩きながら周りを見て化学のことを考えているときいて,気持ち悪いと思ったが,そういう視点で周りを見ることは必要なんだなと今日思った.●小数点の計算あやふやです.ダチョウの卵の威力はすごいですね!! 先生はけっこんしていますか??

  • 90分

●先生の授業はほんとに90分あっという間です.復習をしっかりしてちゃんとわかるようにしたいです.●今日もあっという間の90分でした.身近なものを例にとって説明してくださったので,とても分かりやすかったです.●先生の板書はひらがなが多いですね! 化学の授業の90分はあっという間です.

  • 成長:小さな一歩・大きな一歩

●エネルギー計算のやり方が理解できるようになりました.●ものをあたためるために必要な熱エネルギーの計算のやり方がよくわかりました.エネルギーにもいろんな種類のものがあるんだなと思いました.●計算は理解できました!●今日の授業も楽しかったです.高校の時 有効数字についてしっかりと理解できなかったんですが,今日の授業で理解できました.●高校の頃物理でやったようなことを化学でもやるの!?と思って心配になりましたが,その心配も今日の授業のおかげで解消されたように思います.順調に化学に馴れて行きたいと思います.●最後の爆発が楽しかった.今日の問題は解けた!!!●計算問題が簡単にできた!!●高校のとき熱エネルギーの計算が苦手だったけど今日の授業でできるようになった気がします☆●前回のテストはわからなかったけれど,解説をみて,単位の直し方がわかったので,良かったです.●熱エネルギーの計算式よくわかりました.今まで電子レンジって電子が動き回ってると思ってました.●エネルギー今まで苦手だったけれど,少し分かった気がします.電磁波のところが少し難しかったです.

質問

●物理でも位置エネルギーを習いましたが,化学の位置エネルギーとの相違点は何ですか?

原子核から離れれば離れるほど電子のもつ,原子核に対する位置エネルギーが高くなる,というような考え方をします.次回をお楽しみに.ここで光がまた登場します.日常生活で考える位置エネルギーではこうした現象はありませんね.

●氷をさわって氷はとけずに自分が凍ることはなぜないのか.

家庭用冷凍庫でつくる氷と比べて,あなたの身体の方がサイズが大きく,たくさんの熱量をもっているからです.スケールが逆になればあなたは凍ります.事実,雪山登山で遭難する人がいます.

●λって,なんて読むんですか!?

ラムダ.

●電子レンジにアルミホイルを入れてはいけないのは本当ですか?また,いけないなら,それはなぜですか?

金属が反射する電磁波が,レンジの電磁波発生装置を直撃してぶっこわすことがあるからです.試さないように!

●電子レンジでゆで卵をつくってはいけないと思った.できあがったゆで卵を電子レンジで温めるのは大丈夫なんですか?

ハシで穴を開けておけばOK.圧力差が生じない状態にしておかなければ危険です.おでんのゆでたまごをチンして食べて口の中で爆発,なんていう事故が毎年起きています.

●電子レンジは,ゆで卵をつくる専用の容器でチンすると何で爆発しないんですか? 温めすぎると爆発する?

専用の容器はタマゴの中を電磁波で直接加熱でず,タマゴの周囲に注いだ水を加熱することによってジワジワと温めるしくみです.

●虹の色はいつも下がむらさきで上が赤なのはなぜですか?

太陽からの光が空中の水滴に反射するときに,屈折率に応じて色が分かれます.赤は屈折しにくく,紫は屈折しやすい波長です.それで上が赤,下が紫になります.くわしくは次回.

●前TVで何億年?後に地球に電磁波がたくさんふりそそいで街中の人々がつぎつぎに脳みそが爆発すると言ってました.本当ですか?

どのような状況のことなのか不明なのでなんとも言えません.何億年後かなら人類もいなさそうだし,心配しなくてOK.

●テストの時は電卓持ち込み可ですか.

OK.

●超音波はいろいろな電磁波に入りますか?

入りません.超音波はモノが振動する現象です.電磁波とはしくみがちがいます.

●遠赤外線ってよくきくけど何なんでしょうか?

赤外線のうち,マイクロ波に近いほうの波長をもった領域です.

次回予告

「原子の構造」に進みます.今回学んだエネルギーの概念を使って原子の世界にせまります.

課題

  • 教科書「3 原子の構造」を読んでおくこと.
  • 今回配布した「エネルギー」のプリントを読み,例題を解き,内容を理解しておくこと.

リンク

www.tnojima.net
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