第21章 熱
温度の単位、比熱と熱容量の計算、熱の伝わり方（伝導・対流・放射）、熱膨張の計算。
1. 温度の単位（セルシウス温度と絶対温度）
ふだん使う温度はセルシウス温度（℃）です。1気圧で水が凍る温度を0℃、沸騰する温度を100℃としています。
物理や化学では絶対温度（K：ケルビン）もよく使います。これ以上は下がらない一番低い温度（絶対零度）を0Kとした温度で、目盛りの幅は℃と同じです。
絶対温度（K）＝ セルシウス温度（℃）＋ 273
（くわしくは273.15ですが、試験の計算では273を使うのが一般的です）
例：27℃ ＝ 300K、0℃ ＝ 273K。
温度の「差」は、℃でもKでも同じ数字になります（20℃→30℃も、293K→303Kも10の差）。
2. 熱量・比熱・熱容量
熱の量（熱量）の単位はJ（ジュール）です。昔はcal（カロリー）も使われ、1calは約4.2Jです。
・比熱 … 物質1gの温度を1K（1℃）上げるのに必要な熱量。単位はJ/(g・K)
・熱容量 … その物体全体の温度を1K上げるのに必要な熱量。単位はJ/K
熱容量 ＝ 質量 × 比熱
熱量 Q ＝ 質量 m × 比熱 c × 温度差 Δt
例：水（比熱4.2J/(g・K)）200gを20℃から70℃にする熱量は
200 × 4.2 × 50 ＝ 42,000J ＝ 42kJ。
比熱が大きい物質ほど、温まりにくく冷めにくい。水は身近な物質の中でも比熱が大きく、熱をたくさん吸い取れます。これも水が冷却消火に向いている理由の一つです。
3. 熱の伝わり方は三つ
・伝導 … 物の中を、熱が高温側から低温側へ順に伝わる（フライパンの柄が熱くなる）
・対流 … 温められた液体や気体そのものが動いて熱を運ぶ（暖房で部屋の上の方が暖かくなる）
・放射（ふく射） … 熱が電磁波（赤外線など）として、間に物がなくても伝わる（太陽の熱、たき火に当たると顔が熱い）
伝導の伝わりやすさを熱伝導率といいます。一般に金属は大きく、気体は小さく、多くの場合 固体＞液体＞気体 の順です。
熱伝導率が小さい物は、熱が逃げにくく一部に熱がこもります。木材より、細かい木くずや粉の方が燃えやすいのは、すき間の空気のせいで熱が逃げにくく、空気にふれる面も広いからです。
4. 熱膨張と、タンクに空間を残す理由
物は温度が上がると体積が増えます。これを熱膨張といいます。一般に、固体＜液体＜気体 の順に膨張しやすくなります。
液体の膨張は、次の式で計算します。
増える体積 ＝ もとの体積 × 体膨張率 × 温度差
例：体膨張率 1.35×10⁻³（1/K）の液体1,000Lが、10℃から30℃になると
1,000 × 0.00135 × 20 ＝ 27L 増えて、1,027L になります。
危険物の法令が「すき間」を残すように決めているのは、この膨張のためです。
・タンクの容量は、内容積から空間容積を差し引いた容積（危政令 第5条第2項）。空間容積は、原則として内容積の5％以上10％以下（危規則 第3条第1項）
・運搬容器に液体の危険物を入れるときは、内容積の98％以下で、かつ55℃で漏れないように十分な空間容積を残す（危規則 第43条の3第4号）
なお、水は特別で、約4℃で体積が最も小さく（密度が最も大きく）なり、凍ると体積が増えます。
5. 気体の膨張（シャルルの法則）
圧力が一定なら、気体の体積は絶対温度に比例します（シャルルの法則）。温度が1K上がるごとに、0℃のときの体積の約1/273ずつ増えます。
例：27℃（300K）で6Lの気体を、圧力を変えずに77℃（350K）にすると
6 × 350 ÷ 300 ＝ 7L。
計算には必ず絶対温度（K）を使うのがコツです。℃のまま比を取ると間違えます。
密閉した容器を加熱すると、中の気体や蒸気が膨張しようとして圧力が上がり、容器が破裂するおそれがあります。危険物の容器を火のそばに置かないのはこのためです。
POINT
6. ここだけは覚える
・K ＝ ℃ ＋ 273。温度差は℃でもKでも同じ
・Q ＝ m × c × Δt、熱容量 ＝ 質量 × 比熱
・比熱が大きいほど温まりにくく冷めにくい（水は比熱が大きい）
・伝導・対流・放射の区別（放射は間に物がなくても伝わる）
・熱伝導率が小さい物ほど熱がこもりやすい
・増える体積 ＝ もとの体積 × 体膨張率 × 温度差
・タンクの空間容積・運搬容器の98％は熱膨張への備え