比熱の実験　空気、水、土の温度変化の計測207Apr08
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空気、水、土の温度変化の計測 (比熱の実験2007Apr08)

Originated: 2007-04/08  Last updated: 2007-04/08, 4/09


■空気、水、土の「加熱・冷却の特性」を把握する。
計測方法：空、水、土をそれぞれ別個の容器に入れ、太陽熱にて終日加熱し＆自然冷却する。
把握項目：各物質の温度変化速度、比熱を算出する。温度変化の様子及び特徴を検討し、記述する。
観測地点：神奈川県川崎市高津区二子、マンション５Fルーフバルコニーにて。
計測器機：棒状の温度計、放射温度計




観測対象09:0010:0011:0012:0013:0013:3014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:00

熱源日陰直射日光直射日光直射日光直射日光直射日光直射日光間接日光間接日光曇り日没、夜、雲夜、曇り夜、曇り

天気晴れ、雲量５晴れ、雲量５晴れ、雲量５晴れ、雲量５晴れ、雲量５晴れ、雲量６晴れ、雲量６晴れ、雲量９晴れ、雲量９高曇り、雲量１０曇り、雲量１０曇り、雲量１０曇り、雲量１０曇り、雲量１０

風無風無風無風無風無風無風無風微風〜2m/s微風微風〜3m/s微風〜3m/s微風〜3m/s微風〜2m/s微風

湿度％---48413630303034323249595455


直射日光の当たらない
壁面（2cm離す)
気温
14.8
15.7		16.1
16.8		17.1
18.8		17.7
20.7		19.1
21.4		21.7
22.8		22.1
23.0		22.4
21.6		20.4
20.7		19.6
19.0		18.2
16.8		16.4
16.0		17.0
15.8		17.5
15.1		

板(厚さ3cmの平板、
表面上空2cm)
16.438.146.750.826.445.145.130.923.218.416.616.214.814.9

空気（容器上空2cm）
空気（日陰）
12.7
15.7		25.8
20.2		31.6
22.9		33.4
24.2		28.1
23.9		29.8
26.0		28.9
26.2		23.6
23.6		19.7
21.8		17.3
19.2		16.0
16.8		16.0
16.0		14.3
16.0		14.3
15.8		

水（表面上空2cm）
水（表面から2cm深さ）		13.1
15.4		18.3
20.2		23.8
25.8		27.4
29.2		25.4
28.0		25.5
29.0		24.8
28.2		19.5
23.2		15.1
20.2		13.3
17.3		11.5
15.7		10.7
14.8		8.4
14.5		10.1
14.3		

土（表面上空2cm）
土（表面から2cm深さ）		10.6
11.9		31.8
18.0		43.7
23.8		44.3
27.4		44.3
28.2		46.4
28.9		44.9
30.2		28.6
27.8		21.5
25.2		16.6
23.0		14.3
20.5		15.3
19.2		10.8
17.6		12.3
16.5		



■水の比熱は空気や土に比べるとはるかに大きい。　(水＝3.9、土＝0.8、空気＝1.0)
・実験する前では、水の温度変化は少ないだろうと思った。然し、結構変化が激しいことが分かった。
　これは、風があると、水面からの蒸発が促進され、気化熱が奪われ、温度低下したものと考えられる。
・また、土の保温性も結構あるものだ、ということが分かった。
　土の表面は、結構温度が高くなることが分かった。接地大気が今日熱される可能性を示唆する。

・そこで、１℃の温度上昇は、どの程度の「能力」があるのか、机上計算してみます。
　下記参考にしてください。
　　　太陽定数は、1370J/m2s であり、この８％が空気塊に与えられると仮定すると、100J となり、
　　　空気塊1Kgを1000m上昇させるには、9800J/100J =98 sec の日光加熱があればよいことになる。
　　　空気は、暖められるとすぐに上昇しようとすることが数値的に分かります。
　　　暖められた空気は、風がないと、ベナール対流となります。
　　　例えば、上空２０００ｍほどの高度にこの写真のような隙間のある、積雲が形成されます。

・比熱の算出には、今回の実験では、いささかラフである気がした。再挑戦予定。

■参考：
・太陽熱　：エネルギー供給　
・計算例１：熱は力に変化する＝大気１Kgの温度を１０℃upすると、1000mまで上昇できる。これは、10KJに相当する。
・計算例２：１Kg の物体を1000m持ち上げるためのエネルギー＝位置エネルギー=mgh=(1kg)*(9.8m/sec2)*(1000m)=9800kgm/sec2=9800J
　　　　　　・これらの計算例に示すように、空気塊１Kgの温度を１０℃だけ上げてやると、その空気塊は1000m上昇する、
　　　　　　　このとき必要とするエネルギー(mgh)は、9800Jです。
　　　　　　・単位注意→J=Kgm/s2 です。