水の混合
対象等
中学生から高校生まで
目的
異なった水温の水を混合したとき、全体の熱量は保存されることを確かめる
準備
ステンレスボトル、温度計、100ml メスシリンダー、200ml ビーカー、ガラス棒、バーナー、チャッカマン、三脚、スタンド、金網、軍手
実験場所
化学実験室
方法
① メスシリンダーで水道の水を120ml計り取り、 ステンレスボトルに入れる。このときの水温を温度計で測定し、ｔ1℃とする。
② ステンレスボトルにきちんとふたをし、新たに80mlの水を計り取り、200mlビーカーに入れる。
③ この水をバーナーで加熱し、70～90℃程度にし、これをｔ2℃とする。加熱中は温度計を入れたままにして構わないが、お湯をかき混ぜるのはガラス棒を使うこと。
④ 目標の温度になったら、ステンレスボトルのふたを開けると同時に、軍手を使ってビーカー内のお湯をステンレスボトルに流し込み、すぐにふたをしめる。さらにバーナーの火も消す。
⑤ ステンレスボトルを持って、数回振り、中の水とお湯を混合した後、お湯が冷めないようにふたをほんの少し開け、そこから温度計を差し込み温度を測定する。これをｔ3℃とする。
⑥ 結果の欄の計算式に従って、混合前の熱量の総和が、混合後の熱量の総和にほぼ等しくなっていることを確認する。
注意点
・ お湯を混ぜるときは素早くやらないと、すぐに温度が下がってしまいます
・ ステンレスボトルは保温機能のついた二重構造のものを使います
・ 混合後の温度は、蓋をわずかにあけて熱を逃がさないように測ります
結果
ｔ1℃＝（ ）℃ ｔ2℃＝（ ）℃
ｔ3℃＝（ ）℃
以上よりそれぞれの熱量を求める
水が持っている熱量は、０℃を基準にすると
（水の重さ）×（温度）で求めることが出来るので（水は体積＝重さになります）
ｔ1℃の水の熱量Q1calは （ ）g×（ ）℃＝（ ）cal
ｔ2℃の水の鉄量Q2calは （ ）g×（ ）℃＝（ ）cal
ｔ3℃の水の鉄量Q2calは （ ）g×（ ）℃＝（ ）cal
よって
Q1 ＋ Q2 ＝（ ）cal となり、これはほぼQ3の値と一致するの で、熱量が保存されていることが確かめられた
考察応用等
・ 実際にはなかなか一致しないので、どこで熱が逃げるのか考えさせています
・ 誤差が出る原因はステンレスボトルの性能も一因
・ 温度測定のための蓋の開閉にも問題があるかも
・ お湯の変わりに金属球を使えば比熱の実験にもなります