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理科 · 熱の伝わり方

真空でも熱は届く?熱伝導・対流・放射を「通り道」で見分けよう

編集:ひと息遊戯・ひと息学び 運営 · 公開日: · 編集方針

温かい飲み物に入れた金属のスプーンを見て、「持ち手も温まりそう」と考えたことはありませんか。一方、日なたでは太陽に触れなくても温まります。「温まる」という結果だけでは、途中で何が起きたかは決まりません。

まず「どこから、どこへ」を線で結び、その間に物質があるか、物質そのものが流れているかを考えます。下の3例題を、熱伝導・対流・放射という名前と、通り道の特徴を組み合わせて読みましょう。

金属棒では、棒が流れずにエネルギーが伝わる

最初の例題は、金属棒の端を熱したときの棒に沿う主な伝わり方です。熱い部分から冷たい部分へ、物質全体の流れを伴わずにエネルギーが伝わるのが熱伝導。棒そのものが、温めた端から他端へ流れていくわけではありません。

選択肢の対流は液体や気体の流れ、熱放射は電磁波による受け渡しです。蒸発は液体が気体になる変化であり、ここで問われる棒に沿う経路には合いません。「金属だから」とだけ覚えず、「棒の中を、棒全体が流れずに」と説明できるか確かめましょう。

温めた水そのものが運ぶなら、対流

2つ目の例題では、温めた水が動いて熱を運びます。液体や気体のように流れる物質を流体といい、そのまとまった移動による熱の運び方が対流です。動くのはエネルギーだけでなく、水そのもの。金属棒の例と、ここを比べます。

この問いでは、水の流れを熱伝導や熱放射と言い換えることはできません。また、水が液体のまま流れることと、水が気体になる蒸発も別です。「温めた」という語だけで選ばず、その後の「水が動いて運ぶ」を手がかりにします。

太陽からの経路では、真空を通れるかを問う

3つ目の例題は、太陽から地球までの真空を通る経路です。放射では電磁波がエネルギーを運び、電磁波は空気などの物質がなくても進めます。地球側でそのエネルギーが吸収されることと結び付けて考えましょう。

物質のない隙間では、熱伝導に必要な物質のつながりも、対流で移動する流体もありません。選択肢の摩擦も、この真空を越える運び方の説明にはなりません。「真空だから何も届かない」ではなく、「届くために物質が必要な仕組みか」を区別します。

1つの場面を、いくつかの通り道に分ける

鍋で水を温める場面なら、金属の鍋底の中を通る経路と、鍋の中で水が流れて運ぶ経路を分けて描けます。前者は熱伝導、後者は対流。同じ場面で複数の仕組みが働くので、「鍋なら全部対流」のように場面全体へ1つの名前を貼らないようにします。

紙の練習では、棒に沿う矢印、水の流れの矢印、太陽から地球への矢印を1本ずつ描きます。各矢印に「流れない物質を通る」「流体が運ぶ」「電磁波が運ぶ」と書き添えてから、3例題を解き直しましょう。これは紙上の整理で、加熱実験は必要ありません。

伝わり方を整理したあとに読む記事

専門の前提記事や計算式を使わずに読める構成です。熱がどのように移るかを区別できたら、関連記事「加熱しても温度が上がらない!?圧力と熱のフシギをスッキリ解くコツ」で、熱量や状態変化の条件へ進めます。光の道筋は「鏡の奥に像が見えるのはなぜ?反射と屈折を光の道筋でほどこう」で練習できます。

練習ボタンは小学校・基本の「物理・圧力と熱」を選びます。この3問のほかにも同じ条件に合う問題が含まれます。答えの名前だけでなく、問いが指定した経路を説明してから次へ進みましょう。

TRY & READ

まずは例題で確かめる

選択肢を比べてから「答えと解説を読む」を開いてください。ここで読んだ例題は、テストの解答や成績として保存されません。

例題 1 · 物理・圧力と熱

金属棒の端を熱して他端へ熱が伝わる主な仕組みは?

  1. 対流
  2. 熱放射
  3. 蒸発
  4. 熱伝導
答えと解説を読む

正解:熱伝導

物質自体の大きな移動を伴わず熱が伝わります。この伝わり方を熱伝導と呼びます。熱を受けた物質そのものが流れて運ぶ対流と比べ、金属棒の各部分を通してエネルギーが伝わる点に注目します。

この例題の出典

例題 2 · 物理・圧力と熱

温めた水が動いて熱を運ぶ仕組みは?

  1. 蒸発
  2. 対流
  3. 熱伝導
  4. 熱放射
答えと解説を読む

正解:対流

流体の移動が熱を運びます。流体とは、ここでは流れる液体や気体のことです。対流では温められた水そのものが移動し、熱伝導では物質全体の流れを伴わずにエネルギーが伝わります。

この例題の出典

例題 3 · 物理・圧力と熱

太陽から真空を通って地球へ熱が届く主な仕組みは?

  1. 伝導
  2. 対流
  3. 摩擦
  4. 放射
答えと解説を読む

正解:放射

熱放射は、電磁波が運ぶエネルギーの受け渡しです。電磁波は空気などの物質がなくても進めるため、太陽のエネルギーは真空を通って地球に届きます。物質の接触が必要な熱伝導や、流体の移動による対流とは仕組みが違います。

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