熱量保存

定義

外部との熱の出入りがないとき、系の中で高温の物体が失った熱量と、低温の物体が受け取った熱量がつり合うという関係をいう。
これはエネルギー保存の一部として現れる現象であり、特に熱のやりとりに注目した場合の表現である。

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熱い金属と冷たい水を混ぜると、金属は冷え、水は温まる。
このとき、金属が失った分だけ水が熱を受け取っているため、全体としての熱のやりとりはつり合っている。

つまり、「片方が失った分は、もう片方が受け取っている」と考えると理解しやすい。
計算では、この関係を整理したものとして「熱収支（全体で熱の和が0）」として扱う。

数式

熱量保存の関係は、次のように表される。

\[Q_{\text{失}} + Q_{\text{得}} = 0\]

または、具体的には

\[m_1 c_1 (T - T_1) + m_2 c_2 (T - T_2) = 0\]

\(m\)：質量（kg）
\(c\)：比熱（J/(kg・K)）
\(T_1、T_2\)：初めの温度（K または ℃）
\(T\)：最終的な共通の温度（K または ℃）

この式は、全体の熱のやりとりを符号付きで整理した「熱収支」と同じ意味をもつ。

ポイント

• 熱量保存は「断熱（外部との熱の出入りなし）」が前提になる
• 実際にはエネルギーが保存されており、熱だけが単独で保存されるわけではない
• 計算では「熱収支（ΣQ=0）」として式を立てると整理しやすい