熱・気体高校物理・化学で出てくる

熱容量の単位 JK の意味|基本単位で表すと kg·m2s2·K

JK=kg·m2s2·K
次元 [M L² T⁻² Θ⁻¹]
検算のポイント

答えが熱容量なら、右辺の単位は JK(= kg·m2s2·K) になっているはず。ならなければ、どこかが間違っています。

このページでわかること
  • 熱容量を言葉でどう言い表すか
  • その言葉を単位に置き換えると、なぜ JK になるのか

熱容量とは? 言葉で意味をつかむ

熱容量とは 物体の温度を 1 K 上げるのに必要な熱量。

言葉の式
熱容量 = 加えた熱量 ÷ 上がった温度

言葉の式に出てくるそれぞれの言葉は、すでに単位がわかっている量です。言葉を単位に置き換えてみましょう。

言葉何の量か単位
加えた熱量エネルギー・仕事・熱量J
上がった温度温度(熱力学温度)K
[熱容量] =J÷K
   =JK
   =kg·m2s2·K

言葉の通りに単位を並べるだけで、JK が出てきました。

基本単位までたどる

言葉の式に出てきた量も、さらに言葉の式で分解できます。速度 → 加速度 → 力 → エネルギー・仕事・熱量 → 熱容量 の順にたどると、すべて基本単位(m・kg・s・A・K・mol・cd)だけで表せます。

前提:速度・加速度・力・エネルギー・仕事・熱量の単位(知っていれば飛ばしてOK)

速さは「進んだ距離 ÷ かかった時間」。m を s で割って ms です。

[v] =m÷s=ms

加速度は「1秒あたりに速さがどれだけ変わるか」。速さの ms をさらに s で割るので ms2 になります。

[a] =ms÷s=ms2
力 — 運動方程式 F=ma

運動方程式 F = ma で、質量 kg と加速度 ms2 をかけると kg·ms2。この組み合わせに N(ニュートン)という名前がついています。

[F] =kg×ms2=kg·ms2=N

仕事は「力 × 動かした距離」。N に m をかけた N·m に、J(ジュール)という名前がついています。

[W] =N×m=N·m=kg·m2s2=J
熱容量 — 熱容量 Q=CΔT

熱容量は「温度を1 K上げるのに必要な熱量」。J を K で割って JK です。

[C] =J÷K=JK=kg·m2s2·K

よくある間違い:同じ単位でも別の量

次の量は 熱容量 と次元 [M L² T⁻² Θ⁻¹] が同じです。単位が一致しても意味が違うことがあるので、検算のときは「何を表す量か」も確かめましょう。

熱容量が出てくる公式

まとめ
  • 熱容量とは、物体の温度を 1 K 上げるのに必要な熱量。
  • 言葉の式 熱容量 = 加えた熱量 ÷ 上がった温度 を単位に置き換えると JK。
  • 基本単位だけで書くと kg·m2s2·K。

練習問題:分子と分母を見きわめる

問題文には単位が書いてあります。計算はしなくてかまいません。どの単位が分子(上)に、どの単位が分母(下)に来るかだけを考えて選んでください。

問1熱容量は「加えた熱量 ÷ 上がった温度」で求められます。「加えた熱量」[J]、「上がった温度」[K] のとき、熱容量の単位はどれ?

答えと解説

正解:A JK

かける量(加えた熱量)の単位が分子、割る量(上がった温度)の単位が分母に来ます。まとめると JK。

問2熱容量 = 加えた熱量 ÷ 上がった温度 です。「熱容量」[JK]、「上がった温度」[K] のとき、「加えた熱量」の単位はどれ?

答えと解説

正解:A JK·K

言葉の式を「加えた熱量」について解き直すと「加えた熱量 = 熱容量 × 上がった温度」。単位を入れると JK·K = J。

問3熱容量 = 加えた熱量 ÷ 上がった温度 です。「熱容量」[JK]、「加えた熱量」[J] のとき、「上がった温度」の単位はどれ?

答えと解説

正解:C JJK

言葉の式を「上がった温度」について解き直すと「上がった温度 = 加えた熱量 ÷ 熱容量」。単位を入れると JJK = K。