水の熱伝導の実験

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蒸留水を電子レンジを利用して沸騰させる。

蒸留水をマグネティックスターラーを用いて撹拌しながら室温に放置する。

1分毎に水温を測定し、温度低下の時間変化を調べる。
室温<水温のとき、水から外界へと熱伝導によって熱の流れが起きる。熱量が水から流出するので、水の内部エネルギーU はその分減少する。

(どの様に熱伝導するのか説明せよ)

なぜ撹拌子を用いて水を撹拌するのだろうか?

マグネティックスターラーで撹拌子を回転させるので、スターラーが水に対して仕事W をしている。その分、水の内部エネルギーは上昇するはず。

内部エネルギーの変化量dU は、

dU = Q - W

と表される。ただし、Q は系に熱が伝達される向きなのでこの場合は負の値、W は系が外界に仕事をする向きなので負の値になる。
Heat Decay T(t): water temp., Te: room temp.
water mass(g)

50.000

40.006

water mass(g)

50.000

40.006

water mass(g)

50.000

40.006

time(min) water temp(deg) water temp(deg) time(min) T-Te (deg) T-Te (deg) time(min) ln(T(t)-Te) ln(T(t)-Te)

0.0

92.3

88.8

0.0

75.3

71.8

0.0

4.3

4.3

1.0

82.8

77.4

1.0

65.8

60.4

1.0

4.2

4.1

2.0

76.3

70.3

2.0

59.3

53.3

2.0

4.1

4.0

3.0

71.3

64.7

3.0

54.3

47.7

3.0

4.0

3.9

4.0

67.2

60.2

4.0

50.2

43.2

4.0

3.9

3.8

5.0

63.7

56.5

5.0

46.7

39.5

5.0

3.8

3.7

6.0

60.5

53.3

6.0

43.5

36.3

6.0

3.8

3.6

7.0

57.8

50.6

7.0

40.8

33.6

7.0

3.7

3.5

8.0

55.5

48.1

8.0

38.5

31.1

8.0

3.7

3.4

9.0

53.3

46.0

9.0

36.3

29.0

9.0

3.6

3.4

10.0

51.1

44.0

10.0

34.1

27.0

10.0

3.5

3.3

11.0

49.5

42.3

11.0

32.5

25.3

11.0

3.5

3.2

12.0

48.0

40.8

12.0

31.0

23.8

12.0

3.4

3.2

13.0

46.4

39.3

13.0

29.4

22.3

13.0

3.4

3.1

14.0

45.0

38.1

14.0

28.0

21.1

14.0

3.3

3.0

15.0

43.7

36.8

15.0

26.7

19.8

15.0

3.3

3.0

16.0

42.5

35.7

16.0

25.5

18.7

16.0

3.2

2.9

17.0

41.3

34.7

17.0

24.3

17.7

17.0

3.2

2.9

18.0

40.3

33.7

18.0

23.3

16.7

18.0

3.1

2.8

19.0

39.2

32.9

19.0

22.2

15.9

19.0

3.1

2.8

20.0

38.3

32.1

20.0

21.3

15.1

20.0

3.1

2.7

21.0

37.4

31.4

21.0

20.4

14.4

21.0

3.0

2.7

22.0

36.6

30.6

22.0

19.6

13.6

22.0

3.0

2.6

23.0

35.9

30.0

23.0

18.9

13.0

23.0

2.9

2.6

24.0

35.1

29.4

24.0

18.1

12.4

24.0

2.9

2.5

25.0

34.3

28.8

25.0

17.3

11.8

25.0

2.9

2.5

26.0

33.7

28.2

26.0

16.7

11.2

26.0

2.8

2.4

27.0

33.1

27.7

27.0

16.1

10.7

27.0

2.8

2.4

28.0

32.5

27.3

28.0

15.5

10.3

28.0

2.7

2.3

29.0

31.9

26.8

29.0

14.9

9.8

29.0

2.7

2.3

30.0

31.5

26.5

30.0

14.5

9.5

30.0

2.7

2.3

31.0

30.9

26.1

31.0

13.9

9.1

31.0

2.6

2.2

32.0

30.4

25.7

32.0

13.4

8.7

32.0

2.6

2.2

33.0

29.9

25.3

33.0

12.9

8.3

33.0

2.6

2.1

34.0

29.5

25.0

34.0

12.5

8.0

34.0

2.5

2.1

35.0

29.1

24.8

35.0

12.1

7.8

35.0

2.5

2.1

36.0

28.7

24.5

36.0

11.7

7.5

36.0

2.5

2.0

37.0

28.2

24.2

37.0

11.2

7.2

37.0

2.4

2.0

38.0

27.9

24.0

38.0

10.9

7.0

38.0

2.4

1.9

39.0

27.6

23.7

39.0

10.6

6.7

39.0

2.4

1.9

40.0

27.2

23.5

40.0

10.2

6.5

40.0

2.3

1.9

41.0

26.9

23.3

41.0

9.9

6.3

41.0

2.3

1.8

42.0

26.6

23.1

42.0

9.6

6.1

42.0

2.3

1.8

43.0

26.3

22.9

43.0

9.3

5.9

43.0

2.2

1.8

44.0

26.0

22.7

44.0

9.0

5.7

44.0

2.2

1.7

45.0

25.7

22.6

45.0

8.7

5.6

45.0

2.2

1.7

46.0

25.5

22.4

46.0

8.5

5.4

46.0

2.1

1.7

47.0

25.2

22.3

47.0

8.2

5.3

47.0

2.1

1.7

48.0

24.9

22.1

48.0

7.9

5.1

48.0

2.1

1.6

49.0

24.8

22.0

49.0

7.8

5.0

49.0

2.1

1.6

50.0

24.5

21.9

50.0

7.5

4.9

50.0

2.0

1.6

51.0

24.4

21.7

51.0

7.4

4.7

51.0

2.0

1.5

52.0

24.1

21.6

52.0

7.1

4.6

52.0

2.0

1.5

53.0

24.0

21.5

53.0

7.0

4.5

53.0

1.9

1.5

54.0

23.8

21.4

54.0

6.8

4.4

54.0

1.9

1.5

55.0

23.6

21.4

55.0

6.6

4.4

55.0

1.9

1.5

56.0

23.4

21.3

56.0

6.4

4.3

56.0

1.9

1.5

57.0

23.3

21.2

57.0

6.3

4.2

57.0

1.8

1.4

58.0

23.2

21.1

58.0

6.2

4.1

58.0

1.8

1.4

59.0

23.0

21.0

59.0

6.0

4.0

59.0

1.8

1.4

60.0

22.8

21.0

60.0

5.8

4.0

60.0

1.8

1.4

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