今後の予定（日程変更あり！）

5 日目　 10 月 20 日（木）　小テスト　１～２章の内容　　　　　　　　　　　　　　　　講義（ 3 章）　　　　　　　　　　　6 日目　 10 月 27 日（木）　口頭報告課題発表 講義（ 3 章の続き， 4 章）7 日目　 11 月 10 日 ( 木）　講義（ 4 章）　　　　　　　　　　　　　　　班で討論8 日目　 11 月 17 日 ( 木）　口頭報告＜次回までの課題＞1. 本日の復習（特に小テストができなかった人，提出不要）

※ 　クリッカー使用しない人，ワークシート提出しない人は出席点がつかない．

※ 　 1 章への質問については後日回答する．

復習問題１　粒子間の力に逆らって粒子を移動させたとき，粒子間のポテンシャルエネルギーはどうなるか？

1. 増加する．

2. 減少する．

3. 変わらない．

小テストの回答(1) マイナスの電荷と紙：　

紙を構成する原子内で電子がマイナスの電荷から遠ざかるので引力

(2) Na+ と Na+ を遠ざける：　静電気的な反発力に従って遠ざけるのでエネルギー減少

(3) 水分子とシクロヘキサン分子を近づける： 　双極子－誘起双極子相互作用による引力にしたがって近づけるのでエネルギー減少

(4) Ar と Ar を近づける：　分子同士が互いを領域を侵す場合にはたらく反発力に逆らって近づけるのでエネルギー増加

(5) 磁力のポテンシャルエネルギー　→　運動エネルギー　→　熱エネルギー　

静電気により物質に引力がはたらく理由

―

塩ビ　水道管

＋―

＋

―

＋

―

＋

―

＋

―

＋

―

原子

原子核電子 引力

力

力に従って移動→　 EP 減少

力に逆らって移動→　 EP 増加

Fdr

dE P

ポテンシャルエネルギーと力の関係は？

―

原子核

電子

＋

―

―

原子核電子

＋―

原子核電子

＋―

＋

＋

―

O

H

H

分子間距離とポテンシャルエネルギー

0

EP

r

P35図２－８

Ep はマイナスになってもよい．

r = ∞ のとき Ep=0

Fdr

dE P

質問への回答（１）• アルゴンは安定しているからポテンシャルエネルギーゼロだと思っ

た．→　安定なので他の原子と共有結合を作ることはないが，他の分子との間に分子間力ははたらく．

• 磁力がはたらかない物体どうしを近づけると物体間の引力でポテンシャルエネルギーは減るのか？→　物体間にはファンデルワールス力（引力）がはたらくので，適度に離した物体どうしを近づけるとポテンシャルエネルギーは低下する．接着剤の原理とも関係．

• ポテンシャルエネルギーはその物体にはたらく反発する力と理解してよいか？→　力とエネルギーは違う．反発する力が強くなってもポテンシャルエネルギーが大きくなるとは限らない．そもそもエネルギーは仕事をする能力．例えば仕事をするために必要な燃料みたいなものだとイメージするとよい．仕事をするとエネルギーは仕事をされた物体に移動する．手で物体をもって力に逆らって移動させると，手にあったエネルギーが物体に移動する．

質問への回答（２）• N 極どうしを近づけた場合，離れようとするため運動エネルギーが

発生するので，その分ポテンシャルエネルギーは小さくなるのでは？→　 N 極どうしを近づけて手の力で止めた状態 A と，手を離して N極どうしが離れた状態 B （このときは動いている）を比較しないといけない．状態 A では運動エネルギーはゼロで状態 B では運動エネルギーがプラスの値をもつので，状態 A→B で運動エネルギーは増加している．エネルギー保存則より状態 A→B でポテンシャルエネルギーは減少している．つまり状態 A のポテンシャルエネルギーの方が大きくなる．

• アルゴン分子間のポテンシャルエネルギーの図が理解できなかった．• アルゴン分子同士が「めり込む」ほど近づくことが本当に起きるの

か？• アルゴン分子間の距離が無限大のときにポテンシャルエネルギーが

ゼロになるのはなぜか？→ポテンシャルエネルギーの基準点を距離無限大のところにとっているだけ．他の点を基準点に取ればゼロでなくなる．

• 後に質問には個別に答えますので質問しに来て下さい．

rFE

Fr

E

dr

dE

P

PP

力

力に逆らって移動

• 移動方向をプラスに取ると，

　移動距離 r ＝　プラス　力 F 　＝　マイナス　ポテンシャルエネルギーの　増加量 EP ＝　プラスよって， F の前にマイナスがつく．

• F が同じなら， r が大きいほど，

EP は大きくなる

• r が同じなら，F が大きいほど， EP は大きくなる．訂正します！

ガウスライフル状態 A

鉄球 磁石球２ 磁石球１

状 態 B

状態 C

磁石球どうしには強い引力がはたらいている．磁石球と鉄球の間には弱い引力がはたらいている．

重力ポテンシャルエネルギー

運動エネルギー

運動エネルギー 磁力のポテンシャルエネルギー

第３章　内部エネルギーと温度

温度・熱の正体は？　 ものを作っている粒子（原子・分子）が、は

げしく運動していると熱く感じる。　

原子・分子の運動が　　　　速い　　⇒　　 熱い （温度が高い）　　　　遅い　　⇒　　冷たい（温度が低い）

質問１　同じ温度なら空気中の窒素分子の速さは同じか？

1. 完全に同じ．

2. だいたい同じ．（数倍もちがわない）

3. かなりバラバラ．（数倍以上ちがう分子がある）

温度・熱の正体は？　 原子・分子の運動が

　　　　速い　　⇒　　 熱い （温度が高い）　　　　遅い　　⇒　　冷たい（温度が低い）

同じ温度でも、はやい分子やおそい分子がいる。

0102030

40506070

A分子 B分子 C分子 D分子 E分子 F分子 G分子 H分子

速さ

平均で温度が決まる

窒素分子の平均の速さは？（ 25 ℃のとき）

秒速 475 m = 時速 1709 km※ ジャンボジェットは時速 1000 km ぐらい

温度・熱の正体は？　 原子・分子の運動が

　　　　速い　　⇒　　 熱い （温度が高い）　　　　遅い　　⇒　　冷たい（温度が低い）

同じ温度でも、はやい分子やおそい分子がいる。

TkB transK, 2

3

: 分子の運動エネルギー（平均値）

T: 絶対温度

kB: ボルツマン定数

transK,

P48

温度とは何か？（分子論的に答よ）

2 transK, 2

1mv

図３－２０　 Maxwell-Boltzmann分布

}/)2/1(exp{)/exp()( B22

B2 TkmvcvTkcvvN

　（ c は比例定数）　　（３．１４）

酸素分子 1000 個の速度分布（ 0℃ ）

40

216

322

252

122

34

9 1 00

50

100

150

200

250

300

350

0 200～ 400～ 600～ 800～ 1000～ 1200～ 1400～ 1600～ 1800～

　 m/ s分子の速度 （ ）

分子

の個

数

0℃

酸素分子 1000 個の速度分布（ 100℃ ）

26

150

263 262

175

84

308 2

0

50

100

150

200

250

300

350

0 200～ 400～ 600～ 800～ 1000～ 1200～ 1400～ 1600～ 1800～

　 m/ s分子の速度 （ ）

分子

の個

数

100℃

酸素分子 1000 個の速度分布

40

216

322

252

122

349 1 0

26

150

263 262

175

84

308 2

0

50

100

150

200

250

300

350

0 200～ 400～ 600～ 800～ 1000～ 1200～ 1400～ 1600～ 1800～

　 m/ s分子の速度 （ ）

分子

の個

数

0℃100℃

問題１　 机の表面の温度は、その部屋の気温（空気の温度）より高いでしょうか。それとも低いでしょうか。同じでしょうか。

1. 部屋の温度とほぼ同じ。

（ ±0.5℃ 以内で一致）2. 部屋の温度より高い。

3. 部屋の温度より低い。

• 物体どうしを接触させて十分な時間放置すると，温度は等しくなる．

なぜ机は冷たく感じるのか？

机 空気

机（木）のほうが熱を伝えやすい！

同じ温度の金属の板と発泡スチロールの板を

さわってみよう！

なぜ金属は冷たく感じるのか？

金属 発泡スチロール

金属のほうが熱を伝えやすい！

問題２　 かなり前から部屋の中においてある水の温度は部屋の気温と違うでしょうか。

1. 部屋の温度とほぼ同じ。

（ ±0.5℃ 以内で一致）2. 部屋の温度より高い。

3. 部屋の温度より低い。

いろいろな意見

• 水は冷たいに決まっている。• 水だってその部屋にあれば、同じ温度

に決まっている。• 水は表面から水蒸気が蒸発しているか

らなあ。

問題３　 かなり前から部屋の中においてあるフタをした容器の中の水の温度は部屋の気温と違うでしょうか。

1. 部屋の温度とほぼ同じ。

（ ±0.5℃ 以内で一致）2. 部屋の温度より高い。

3. 部屋の温度より低い。

問題４　 フタをしないでかなり前から部屋の中においてある水に風を当てると、水の温度はどうなるでしょうか？

1. もとの温度とほぼ同じ。 （ ±0.5℃以内で一致）

2. もとの温度より高くなる。

3. もとの温度より低くなる。

水についての実験のまとめ• 水の蒸発は吸熱変化で温度が下がる．• 水をフタをせずに大気中に置いておくと，

絶えず蒸発するので，温度が下がる．温度低下は部屋の湿度が高くなると小さくなる．

（これを利用している湿度計もある）• フタをした容器の中の水の温度は室温と同

じになる．• 水に風を当てると蒸発が促進されて水温が

低下する．