GWCP001 問題4
問題文
金属球の加熱と熱量の移動
問題文
熱が外部に逃げないように設計された容器(熱量計)の中に、一定の質量の水が入っている。この中に、沸騰した湯の中で十分に加熱した金属球を静かに入れ、ふたをして温度の変化を観察した。 金属球を入れた直後から水の温度は上がり始め、 しばらくすると温度の上昇が止まって一定になった(熱平衡状態)。このとき、水が金属球から受け取った熱量を求めたい。 ただし、容器や温度計が吸収する熱量は無視できるものとし、水 1 g の温度を 1 ∘C 上げるのに必要な熱量(比熱)は既知とする。
制約
- 水の質量 m=100 g
- 水の最初の温度 t1=20.0 ∘C
- 一定になったときの温度 t2=24.5 ∘C
- 水の比熱 c=4.2 J/(g⋅K)
入力形式
水が受け取った熱量の数値(単位:J)を自然数で答えよ。
解説
解説
熱量の移動
外部への熱の逃げがない場合、次の関係が成り立ちます。
高温の物体が失った熱量=低温の物体(水)が受け取った熱量
物体が得た(または失った)熱量は、次の式で計算できます。
熱量=物体の質量×比熱×温度変化
計算
水の質量は m=100 g、比熱は c=4.2 J/(g⋅K) です。 水の温度は 20.0 ∘C から 24.5 ∘C まで上昇したため、温度変化(上昇分)は次のようになります。
24.5−20.0=4.5 ∘C
これらを用いて、水が受け取った熱量を計算します。
熱量=100×4.2×4.5
100×4.2=420 420×4.5=1890
したがって、入力すべき自然数は 1890 です。