電流と熱｜物理学実験｜文系学生実験｜取り組み｜平成22年度文部科学省選定大学教育・学生支援推進事業大学教育推進プログラム慶應義塾大学日吉キャンパス科学的思考力を育む文系学生の実験の開発 ―実学の伝統の将来への継承―

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取り組み

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電流と熱

物体に電流を流したとき，熱が発生することを確かめ，発生したジュール熱によって水の比熱を算出する。

電力は、われわれが日常的に使用する身近なエネルギー源である。その用途は様々であるが、熱源としても、暖房器具、調理器具などに使用されている。

この実験では、電源とコイルを用いた簡単な装置で熱を発生させる。さらに、エネルギー保存則を用いて、水の比熱を求める。

電線に電流を流すと熱が発生することはよく知られている。ある抵抗持った電線に電圧Vを加え、電流Iをt秒間流したときに生じる電気的エネルギーWは

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である。このエネルギーは、導体（電線）内電子のミクロな振る舞いにより、熱エネルギーに変換される。この熱のことをジュール熱という。

電線をある物体（本実験の場合は水）に接触させておくと、物体の温度は上昇する。物体の質量をM、比熱をC、温度上昇をΔTとすると、エネルギー保存則は

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である。この式から、物体の比熱Cを決定することができる。

実際の装置では、直流電源にニクロム線を接続し、発熱箇所を水に浸すことにより水と容器の温度を上昇させる。温度上昇を測定することにより、比熱を決定する。

（lightboxで画像ウインドウが開きます）熱量計と温度計	（lightboxで画像ウインドウが開きます）電流計と電圧計
（lightboxで画像ウインドウが開きます）スライド抵抗器

画像	手順
（lightboxで画像ウインドウが開きます）	装置の配線をする。熱量計に水を入れる。
（lightboxで画像ウインドウが開きます）	装置の配線をする。熱量計に水を入れる。