振動

つるまきばねに重りをぶらさげて重りを少し下に引っ張って離すと重りに上下に往復運動します。
このような規則正しい往復運動を振動と言います。

振動は、私たちの周囲でひんぱんに起こっています。
私たちの体もふくめて、物体が動くときは必ずといっていいほど、振動が起こっています。

振動が起こるための条件

振動には中心の位置があり、これを振動の中心といいます。
振動していないときは、物体は、振動の中心に止まっています。

振動しているときは、常に振動の中心に向かう力が物体にはたらいています。
このような力がはたらいていることが振動を起こすために、必要な条件になります。

振動数と振幅

振動には、速い振動と遅い振動とがあります。その区別は、振動数であらわされます。

振動数とは、一定時間内での往復回数のことです。
ふつうは、1秒間の往復回数を使います。

たとえば、1秒間に100往復なら振動数は100ヘルツ（サイクル毎秒）でふるといいます。
また、振動には振動距離の長いものと、短いものとがあります。
その区別は、振幅であらわされます。

振幅とは、物体が振動の中心からもっとも遠ざかる距離のことです。
振動は、これらの振動数と振幅の2つの量であらわされます。
　

波

長さの等しいつるまきばねに、重りをつけたふりこをいくつか1列にならべてつるしたとき、1つのふりこを振動させると他のふりこが、つぎつぎと同じ振動をはじめます。

これとまったく同じ現象が、水の表面で見られます。
水に小石をおとすと、小石が落ちたところを中心として振動状態が同心円状に伝わっていきます。

これが、水面に起こった波です。
このように一点に起こった振動がつぎつぎに周囲に伝わっていく現象を、波といいます。

横波と縦波

ひもを張ってそのいっぽうのはしを上下にゆり動かすとうねりができて、ひもを伝わっていきます。

これが、ひもに生じた波です。
この波では、ひもはどこでも波の進む方向と直角に振動しています。
このような波を、横波といいます。

横波では、うねりの高いところを山、低いところを谷と言います。
山や、谷の動く速さが、横波の進む速さです。

また長いつるまきばねを床の上において、そのいっぽうのはしをばねと水平にひっぱると、ばねが押し縮められたところとひき伸ばされたところができて、それらが動いていきます。

すなわち、ばねに波が生じたのです。

この波では、ばねはどこでも波の進む力向に振動しています。
そこで、このような波を、縦波といいます。

縦波では、波を伝えるものが圧縮されているところを密の部分膨張しているところを疎の部分といいます。

密の部分や疎の部分が動く速さが縦波の速さになります。

縦波はこのように密や疎の部分からできているので、疎密波とも言います。

波の振動数・振幅・波長

波が伝わっていくとき、波といっしょに波を伝えるものまで動いていくように感じられますが、波をつたえるものは、ただ、振動しているだけです。
この振動の数とゆれる幅が、その波の振動数と振幅です。

また、1つの波では、隣りあっている山から山までの距離、あるいは、隣りあっている密から密までの距離は一定です。

この距離を波長と言います。

実験

つるまきばねを床の上において、いっぽうのはしを動かないようにしておきます。
他のはしを持って、ばねと水平な方向と直角に振ってみます。
すると、横波ができます。

ばねに、紙きれを目印につけると波は進んでいきますがばねは振動しているだけであることがわかります。

また、ばねを1回振ると山と谷が1組みできて進んでいきます。
1回振動すると、波は、一波長だけ進みます。

ばねのはしを、ばねと水平にひっぱると縦波が生じます。
縦波でも、横波と同じようなことが見られます。

冬と夏の衣服

冬の衣服と夏の衣服とでは衣服を着る目的がたいへん違います。
冬に衣服を着るのは、寒さをふせぐため、つまり保温のためです。

冬には、体のまわりのあたためられた空気を逃がさないようにすることが、まず第一の目的です。
そのために、衣服が熱の良導体ですと、伝導で体温が冷めてしまいますから綿布とか毛織物などの、熱の伝導率が小さい繊維でできた厚い衣服を着ます。

熱の伝導率は、綿布や毛織物より、空気のほうが小さいので、体のまわりにあたためられた空気がたくさんあって、逃げないようにするのが保温にはもっともよいのです。

空気をよくふくんだ衣服を、何枚か重ねて着るとあたたかいのはきれときれとのあいだにも空気がたまるからです。

夏には太陽の放射熱をふせぐため、白い衣服などを着ます。
また、汗を発散させるため、対流がさかんになるように風通しのよいうすい衣服を選びます。

保温の利用

私たちの身のまわりには、魔法瓶などのように保温のために使うものがいろいろあります。

魔法瓶

魔法瓶は、その名の通り、不思議な瓶です。
厚い湯を入れておけば、長いあいだ冷めにくくまた、冷たいものをいれておけば、長いあいだ冷たいままです。

これは、魔法瓶の中にある熱は外へ逃げず外からの熱も入ってこないようになっているからです。
このためには、熱が伝導・対流・放射で伝わるのをさまたげなくてはなりません。

魔法瓶は、二重になったガラスからできています。
そして、ガラスとガラスのあいだの空気をぬいて、真空にしてあります。

また、二重ガラスの内側には、鏡のように銀めっきがしてあります。

ガラスの瓶と、コルクなどの栓は熱の不良導体で伝導によって熱が逃げるのをふせいでいます。

また、ガラスとガラスとのあいだは、空ですから、熱の対流・伝導はありません。
さらに、銀めっきがしてあるので、熱が放射によって逃げだすこともありません。

魔法瓶は、低温のことを研究していたイギリスのジュワーという人が1893年に発明したものです。

そのため魔法瓶のことを、ジュワー瓶ということもあります。

熱の放射

太陽の光にあたると、あたたかく感じます。
これは、太陽から出た熱が、なにもないところを通って、私たちの体にくるからなのです。

太陽と地球とのあいだには、熱を伝える物はなにもありません。
それで、この熱の伝わり方は、伝導でも、対流でもありません。

太陽の光には、熱線という、目に見えない光があって、これが地球まで届いています。
そして、この光にあたったものは、みな熱くなります。

このように、熱が、ある物からほかの物へうつるとき2つの物のあいだにある物質の働きを借りないでうつることを、熱の放射といいます。

たき火や、ストーブから出た熱も、放射によって、私たちの体に運ばれてきます。
放射によって伝わる熱を、放射熱と言います。

電球には、中を真空にしたものがありますが、電球のガラスは、とても熱くなります。
ガラスは熱の不良導体なので、電球のフィラメントから熱が伝導してきて
熱くなったのではありません。

フィラメントからの熱の放射によって、熱くなったのです。

放射熱のすすみ方

太陽の光にあたると、熱く日陰に入ると、涼しくなります。

ですから、太陽からきている放射熱は光と同じように、まっすぐにすすむことがわかります。
日陰では、すすんできた放射熱がさまたげられるので、すずしくなるのです。

また、放射熱は、反射させることができます。
500ワッ卜くらいの竃球を用意しておき、電球の面から15センチほどはなして二硫化炭素を染み込ませた石綿をおきます。

電球をつけても、このままでは、二硫化炭素は燃えませんが金属でできた球面の反射鏡を、鏡の焦点が、ちょうど石綿にあたる位置において熱を一か所に集めると、二硫化炭素が燃えだします。

このように、放射熱は、光と同じようなすすみ方をします。

熱せられた物からは、光線のような放射熱（つまり放射線）がでています。
その放射熱をほかの物が吸収すると、その物の温度が上がり熱していた物が放射熱を出してしまうと、その物の温度は下がってしまいます。

白い物と黒い物の熱の吸収と放射

物が放射熱をうけたとき、その表面の様子によって、熱の吸収のしかたが違います。
ふつう、物の表面が黒いと熱をよく吸収し、反対に、表面が白かったりよく磨いた金属だと、あまり熱を吸収しないで、反射してしまいます。

新聞紙の上に、レンズで日光を集めると黒いところはすぐこげますが、白いところはなかなかこげません。

また、なべやかまの底を見ると、黒くぬってありますがこれらは、表面が黒いと、熱をよく吸収するからです。

実験1

2本の水銀温度計を用意し1本の温度計の管球は、黒くぬっておきます。
2本の温度計を、同時に、日光にあてます。
すると、黒くぬった温度計のほうが高い温変になるでしょう。

また、黒くした面（熱をよく吸収する面）は、熱をよく放射します。

実験2

小さなフラスコを2つ用意して、黒くぬっておきます。
このフラスコにガラス管をコの字形にまげ、中央に水滴を入れて空気がもれないようにっなぎます。

つぎに、銅板かアルミ板をコの字形にまげていっぽうは、外側を黒くねり、いっぽうは磨いておきます。

この板を1つのフラスコの真ん中におき、ガスの炎で、同じように強く熱します。

少しすると、水滴は黒くぬったほうから、磨いたほうに動きます。

これは、黒くぬったほうから熱がたくさん放射されフラスコ内の空気が膨張して水滴をおしたのです。

熱の対流

熱が物の中を伝導するのではなく、水や空気のあたたまり方のようにあたたまった液体や気体がうつっていくことによって熱が温度の高いところから低いところにうつることを、熱の対流といいます。

煙突は、空気の対流をさかんにして、かまにたくさんの空気を吸い込み燃料をよく燃やすしくみです。

煙突があると、あたためられた空気やガスの通り道があるので外側の空気と混じらず、あたたかいままなのでよくのぼっていきますから、対流がさかんになるのです。

自然におこなわれる対流にまかせておいたのでは水や空気があたたまるのに時間がかかったりあたたまり方が平均しないので、困ることがあります。

そのようなときには、手で水をかきまぜたり、扇風機で空気をかきまぜたりして人工的に対流を起こすと、都合のよいことがあります。

水を使って温度を調べる実験で、水をよくかきまぜるのも人工的に対流を起こしているのです。

強制対流と自然対流

このように、人工的に起こした対流を、強制対流と言います。
これにたいして、自然におこなわれる対流を、自然対流といいます。

冷蔵庫

冷蔵庫の氷をおく場所や冷却部は、冷蔵庫の上のほうにつくってあります。

これは、冷やされた冷たい空気が重くなって下にさがり下の空気が浮き上がって氷のところにいって冷やされるようになっています。

これをくりかえして、冷蔵庫内の空気が、全部冷たくなるようにしてあります。
冷蔵庫も、対流を利用しているのです。

対流式ストーブ

対流を利用して、部屋全体をあたためるためのストーブを、対流式ストーブと言います。

ストーブにはこのほか、人のいるところなどだけに熱がいくようにした反射式ストーブがあります。

対流を利用するのにも、自然対流を利用する場合と扇風機とくみあわせて強制対流で、あたたかい空気を部屋全体に送る温風ストーブがあります。

ストーブの熱によって部屋の中に起こる自然対流はガラス箱の中の線香の煙りの対流と、ほとんど同じようにおこなわれます。

ストーブで熱せられた空気は、上に上がって天井にあたり天井に沿って広がり、壁にそっておりてきます。

おりてくるとき、天井や壁やその付近の空気で冷やされてだいたい、床にそってストーブのところにもどってきます。

部屋のあたため方

ストーブで、自然のままの対流で部屋をあたためる場合天井近くの温度は高くなり、床の温度は低くなります。

自然の対流では、なかなか、部屋全体の温度は同じになりません。
天井と床との温度差が、10度以上になることは、めずらしくありません。

ふつうの住宅などのように、天井の低いところは床との空気の温度差は、5度以下にするのがよいのです。

そうしないと、頭と足のところの空気の温度差が大きくなりこの温度差が3度以上になると、気もちが悪くなります。

部屋をあたためるには、まず、隙間風をなくすこと、天井や壁には熱を伝えにくい物を使い、ガラス窓から、熱が逃げないようにすることなどが大切です。

また、床下から風が入ったりしないようにしたり、熱が逃げないようにすることも大切です。

壁から熱が伝導で逃げやすかったり、隙間風の多い家ではストーブをつけても、なかなか、部屋中同じようにあたたまりません。

壁が厚くて、材料もよく、熱が逃げにくく隙間風も少ない部屋は、部屋の中が同じようにあたたまります。

ストーブをおく場所は、窓際がよいでしょう。
窓から入る冷たい空気が、直接体にあたらず、室内の温度を同じようにすることにもなるからです。

朝鮮には、オンドルというものがありこれは床の下にあたたかい煙りの通り道をつくって、床の下から部屋をあたためます。

また、ソ連にあるペチカというものは、壁の中に煙りを通して、部屋をあたためます。

水のあたたまり方

試験管に水を半分ほど入れて、底のほうを手で持ち、写莫のように上のほうを熱すると上のほうの水は、沸騰しますが、手で持っている底のほうは、冷たいままです。

これは、水が熱を伝導しにくい物だからで熱の伝導で入れ物の中の水をあたためることは、なかなかできません。

しかし、水をやかんにいれて、下から熱すると、やがて全体があたたまります。
下から水をあたためると、熱は、全体の水にうつるのです。

水を下から熱すると、その部分は膨張して軽くなり、上にあがります。
そのあとへ、まわりの冷たい水が入りこみ、またあたためられます。
そして、また軽くなって、上にあがります。

このようなことが繰り返されて、熱が水全体に行き渡り、水の温度が上がっていくのです。

おけの横のほうにかまがついている風呂では、水の表面のほうが早く熱くなりますが、底のほうは冷たいままです。
10℃の水を入れ、表面の温度が34℃にあたたまったときでも底の温度に16℃ぐらいです。

このようなときには、ときどき混ぜた方が、早くあたたまります。

実験

フラスコに水を入れ、水の中に赤い色をつけるのに使う
酸化されたアニリンを1滴底に落としておきます。

このフラスコを下から熱すると、やがて、図のようにアニリンが水に溶けて
赤いすじがのぼっていき、上のほうの水が、だんだん赤くなっていきます。

赤くなった水は、しばらくのあいだは、上のほうに漂っていますがやがて雲が広がるように、下のほうに広がっていくでしょう。

ビーカーの水の中におがくずを入れて下から熱すると同じように、ふれた水の動きがわかるでしょう。

空気のあたまり方

空気も水などと同じように、熱の不良導体です。
それで、熱の伝導によって、部屋の中などの空気があたたまることは少なく水と同じように、あたためられた空気が浮き上がり冷たい空気が下がってきて、あたためられていきます。

実験

ガラス製の四角な金魚鉢にふたをしたものか人形などを入れておく飾り箱の底に、線香のかけらに火をつけて入れます。

すると、煙りが、一直線にのぼり続けます。
これは、線香が燃えてできたガスとあたためられた空気がのぼっていくのです。
上に上がった煙りは、天井に沿って広がり、まわりの壁に沿って下がっていきます。

底につくまえに、内側に入っていくものも、なかには、見受けられます。

熱の伝導

アルミニウムの水のみに、熱い湯を入れると、すぐ熱くなります。
また、コンロにかけておいたやかんやなべなどのとってがとても熱くなって持てなくなることがあります。

熱は、温度の高いところから低いところへ、物を伝わって移っていく性質があります。

熱が、物を伝わっていくことを、熱の伝導といいます。

実験

少し太い鉄の針金を、30センチほど用意します。
いっぽうのはしを、10センチほどあけ、そこから3センチおきぐらいにろうをたらしてつけておきます。

針金を図のように支え、いっぽうのはしを、ガスかアルコールランプの炎で熱します。
すると、少し経ってから、炎に近いほうから、順番にろうが溶けていきます。

炎の熱が針金をあたため、はしから順に伝わっていき、ろうを溶かしていったのです。

熱の良導体

熱の伝わり方の速さは、物によって違います。

伝導の速さは違いますが、鉄や銅などの金属は、たいてい熱をよく伝えます。熱をよく伝える物を、熱の良導体と言います。

なべ・かま・アイロン・こてなどのように、熱を伝えなければならない物にはアルミニウムや鉄などの、熱の良導体が作われています。

熱の不良導体

木材・ゴム・ぬのきれ空気などは、熱を伝えにくい物です。このように、熱を伝えにくい物を、熱の良導体と言います。

アイロンやなべの手でつかむところは熱が伝わらないように熱の不良導体が使ってあります。

熱の不良導体といっても、まったく熱を伝えないのではありません。
熱を伝えるのが非常に遅く、熱を伝えにくいのです。

実験

できるだけ同じ太さの鉄と真鍮の棒（火ばしなど）を用意してろうそくのろうを、1センチおきくらいにたらしてつけておきます。

棒の先を、アルコールランプかガスの炎で熱すると、ろうがつぎつぎに溶けていきます。
真鍮の棒についているろうのほうが、早く溶けていくのがわかるでしょう。

つぎにガラスの棒にろうをつけて、同じ実験をしてみます。
すると、炎のすぐそばのろうは溶けますが少し離れたところのろうは溶けないことがわかるでしょう。

熱の伝導率

金属は熱の良導体で、なかでも、銀がいちばんよく熱を伝えつぎは、銅・金・アルミニウム・真鍮・鉄などの順です。

磁器・木材・ガラス・岩石などは、熱の不良導体です。また、液体や気体も、不良導体です。

だいたい熱の良導体は、電気をよく通す電気の良導体ですし熱の不良導体は、電気の不良導体です。

熱伝導率

棒の長さ1センチのあいだの温度が1度違うとき、棒の断面積1平方センチメートルあたり、1秒間に流れる熱の量（カロリー）を、熱伝導率と言います。

熱の伝導の利用

熱の伝導を利用したものに、電気はんだごてやアイロンがあります。
電気はんだごては、銅の棒のいっぽうのはしを電熱で熱すると、銅は熱をよく伝えるので、もういっぽうのはしも温度が高くなるようになっています。

アイロンも、厚い鉄板の裏側を熱し、それを表側に伝えています。

また、空冷エンジンのシリンダには、ひだ（冷却ひれ）がたくさんついています。
これは、空気に接する面を多くして、エンジンで出来た熱がこのひだに伝わり、冷えやすいようになっています。

安全灯

めの細かい、真鍮の金網を2枚重ねて、ガスの炎の上にかざすと炎は、金網の上にはでません。
これは、金網が熱を伝えてしまい、網を通った炎の温度が下がって、燃えないからです。

安全灯は、このことを利用したものです。
炭鉱の中で、直にランプに火をつけると、石炭の粉やメタンガスなどに火がついて爆発することがあります。

ランプの炎のまわりを金網で覆っておくと、燃える物があっても、外に火が広がらないですみます。

三態と体積の変化

液体が気体になるときには、体積が非常に大きくなります。
液体が凝固して、固体になるときには、ナフタリンやパラフィンのようにふつう体積か小さくなります。

多くの金属は、凝固するときに体積が減りますが鋳物をつくる鋳鉄が凝固するとき、黒鉛を生じると、体積は増えます。
そのほか、ビスマスやアンチモンなどの金属も凝固するときにわずかですが体積が増えます。

水もまた、凍るときには体積が増えます。
印刷に使う活字をつくる合金は鉛が主成分でこれにアンチモン・すずをまぜあわせてつくったものです。

この合金は、凝固するときに、ほとんど体積が変化しません。

実験

ナフタリンの粉を試験管に入れ、これを、熱い湯につけて溶かします。
試験管をとりだし、まっすぐに立てて液の表面のところを糸でまいて印をしておきます。

この試験管を。空気中におくと、溶けたナフタリンは、だんだん凝固してきます。
全部かたまってから、表面を見ると、中央のところがとてもへこんでいるのがわかるでしょう。

パラフィンを、小さなビーカーに少し入れて溶かし、空気中で静かに冷やすとナフタリンと同じように、溶けているときには平らだった表面が、へこんでかたまります。

物質の三態と熱量の関係

物質が状態をかえるときには、熱が大きなはたらきをします。
水が氷になったり、氷が水になったりするときには、それに必要な熱の出入りがあります。

一気圧のとき、0℃の氷を溶かして、0℃の水にするためには氷1グラムにつき80カロリーの熱量（融解熱）をあたえてやらなければなりません。

また、0℃1グラムの水を0℃の氷にするには水から80カロリーの熱量をうばわなければなりません。

水をどんどん熱していくと、やがて沸騰しはじめます。
水が沸騰する温度（沸点）は、一気圧のとき100℃です。

水が沸騰すると、水は気化して水蒸気になります。

水を気化するのに必要な熱量（気化熱）は、100℃、一気圧で539カロリーです。

実験

零下三での氷50グラムをビーカーの中に入れこれが全部気化するまでどんどん熱していきます。
このとき、氷が水になり、さらに気化していくまでの温度の変化の様子を調べてみましょう。

まず、零下3℃から氷が溶けはじめる0℃までは温度が上がりますが氷が溶け終わるまでは、温度が0℃のままであることがわかります。

氷が全部溶け終わると、水の温度はどんどん上がり、やがて沸騰しはじめます。このときの温度は100℃です。

しかし、沸騰しはじめるといくら熱をくわえても水の温度は上がりません。
氷が溶けるときや、水が気化するときには、熱は融解熱や気化熱として使われるため温度は変化しません。

気化

液体が気体にかわることを、気化と言います。
液体の表面から気化することを蒸発、内部からも気化することを沸騰と言います。

揮発油やエーテルはとても気化しやすい液体です。

気化をさかんにするには、温度を上げること、沸騰させること、風をあてることなどや霧にふいたり、液体の中に泡をつくったり、きれなどに染みこませて裏面を広げることなどがあります。

海水から塩をつくるのに、海水を塩田に入れて太陽熱で水分を蒸発させるよりも流下式塩田といって、塩水をそだにふりかけて蒸発をさかんにするとずっと早く塩がとれます。

また、牛乳から粉ミルをつくるときも、牛乳を霧にしてふきだしそこに熱を億って、水分を蒸発させています。

いろいろな物の気化熱

水を手の弓につけてふくと、冷たく感じますがアルコールやエーテルだと
もっと冷たく感じます。

これは液体が気体にかわるときに、熱を吸収するからです。
ある温度で1グラムの液体が、同じ温度の気体になるときに吸収する熱を、気化熱と言います。

アルコールやエーテルの気化熱は水の気化熱よりずっと小さいのですが水より気化しやすいので、熱をたくさん吸収します。

それで、水より冷たく感じるのです。

この気化熱を利用して、低い温度をつくり物を冷やしたり凍らせたりするのに使っています。
電気冷蔵庫・ガス冷蔵庫、アイスキャソデーなどをつくるアンモニア冷凍機などもみな、気化熱を利用したものです。

実験

ビーカーとガラス板を用意します。
このビーカーの底に水をつけて、ガラス板の上におきます。

ビーカーの中にエーテルを少し入れて、エーテルに風を送ってみましょう。
するとエーテルはどんどん蒸発してしまいます。

それからしばらくすると、ビーカーの底の水が凍ってビーカーとガラスの板とが凍りついてしまいます。

これは、エーテルが蒸発するとき、熱をうばって、水の温度を下げたからです。

昇華

固体が液体にならないで、直接、気体になることを、昇華と言います。

虫よけに使うしょうのうやナフタリンは、昇華しやすいものです。
たんすの中に入れておいて、1年くらい経って取り出してみると中身がなくなって、包み紙だけが残っていることがあります。

これは、昇華によるためです。このほか、よう素なども昇華しやすい物です。

また、氷も昇華します。

冬のシベリアなどで、気温が0℃以下になっていても空気に湿り気があるのは
おもに氷の昇華によるものです。

金属でも、高温になると昇華します。
ガス入り電球は電球の中を真空にしておくとフィラメントが昇華しやすいので窒素やアルゴンを入れて、昇華をふせいでいます。

昇華の反対、つまり、気体から直接、固体になることも、やはり昇華といいます。
雪や霜は、水蒸気が燃やして、小さな氷になったものです。

実験

しっかりふたができる瓶に、ナフタリンの粉を少し入れます。
ナフタリンが融解しないように、その瓶を40～50℃の水につけておきます。
温度がさがったら、また、あたたかい水を入れて、しばらくそのままにしておきます。

すると、ふたや瓶の上のほうのガラスにナフタリンの粉が少しついているのが見られるでしょう。

これは、固体のナフタリンが気体のナフタリンに昇華してそれが、上のほうで、冷えて、固体にもどってついたのです。

融解と凝固

氷やろうは、熱するとだんだん溶けてきます。
このように、固体が液体になることを融解といいます。

融点

融解が起こる温度を融点と言います。
また、水の温度を下げていくと氷になるように液体が固体になることを、凝固と言います。

このときの温度に、だいたい融点と同じです。

鉄や銅も、溶鉱炉では、どろどろに溶けますし、マグマは岩の溶けたものです。

このように、固体は高温に熱すると、融解して液体になります。
木や炭などのように、融解する前に燃えてしまう物は空気が入らないようにして熱しなければなりません。

実験1

ナフタリンの粉を試験管に入れ、水銀温度計をさしこみ管球部をこの粉で包むようにしておきます。
試験管をビーカーの中の水につけて水をゆっくり熱します。

80℃になると、ナフタリンは融解しはじめます。
ナフタリンが溶けてしまうと、温度は80℃以上に上がります。
このように、ナフタリンの融点は、80℃です。

実験2

小さなビーカーに、パラフィンを削って、たくさん入れます。
水を入れたなべにビーカーをつけ、水を熱していくと、パラフィンは融解してきます。
全部溶け終わってから水銀温度計でパラフィンの温度を測ると77℃くらいになるでしょう。

つぎにビーカーを外にとりだして、温度計で静かにかきまわしながら、冷やします。
58℃くらいになると、透き通った液と、白くかたまりだしたパラフィンが混じって温度がだいたい一定します。

55℃ぐらいになると、全体がアイスクリームのようになり54℃ぐらいまでこのままで、しだいに固まってきます。
このようにパラフィンの融点は、4℃ぐらいの幅があります。

いろいろな物の融点

たいていの固体は融解するときの温度が決まっています。
しかし、パラフィンのように熱していくと何度で融解したのかはっきりしなくまた、冷やしていっても、何度で固まったかはっきりしない物もあります。

ガラスなども、こういう性質の物です。

金属の融点は、水銀などの例外はありますが、たいてい100℃以上です。
しかし、すずや鉛などで合金とつくると、100℃以下で融解する物をつくれます。

ビスマス50グラム、鉛24グラム、すず24グラム、カドミウム12グラムの割合でできている合金を、ウッド合金と言いますがこれは70℃ぐらいで、融解します。

ウッド合金は、このような低い温度で溶けるので、自動消火栓などに使われています。
これは、火事になって温度が上がると、水道栓にとりつけてあるウッド合金が溶け水がふきでるようになっています。

また、はんだ付けに使うはんだは鉛2、すず1の割合の合金で、融点は、240℃です。

電気のヒューズも、やはり融点の低い合金です。

いろいろな物の融解熱

氷を融解して水にするためには、融解熱が必要です。
同じように、ナフタリンや鉛などを融解して液体にするためにも、融解熱が必要です。

1グラムの固体を、融点で、同じ温度の液体にするために必要な熱を融解熱と言います。

ベンゼンの融解熱は30.1カロリー、鉛の融解熱は5.5カロリーです。
水銀の融点は、零下38.8℃で融解熱は2.7カロリーです。

氷の融解熱は80カロリーですが、アルミニウムは、融点が660℃でその融解熱は氷より大きく、95カロリーもあります。

凝固

液体が固体になることを、凝固と言います。
凝固する温度を、凝固点と言いますが、この温度は融点と同じです。
それで、凝固点という言葉は、あまり使いません。
液体が凝固するときには、液体から凝固熱をとらなければなりません。

水を凍らせるときに、水から熱をとらなければならないのと同じです。
凝固熱の大きさは、融解熱の大きさと同じです。

それで、凝固熱という言葉は、あまり使いません。

過冷却

液体を静かに冷やしていくと、融点まで冷えてきても固まらず融点以下に下がってから、凝固することがあります。

このことを、過冷却と言います。

たいていの液体は静かに冷やしていくと過冷却になります。
水でも、零下10℃くらいまで、過冷却させることができます。

実験

写真の現像に使うハイポ（チオ硫酸ナトリウム）を小さなフラスコに入れて熱します。
すると、48℃で溶けますが、全部溶けて60℃くらいになったら火からおろして、中に温度計を入れたまま空気中で静かに冷やします。

すると、48℃になっても凝固しません。

過冷却した液をかきまぜたり、ハイポの粒を1つ入れると急に塊はじめ温度は48℃までのぼるでしょう。

水の三態

水は、冷えれば氷になり、熱すれば蒸気になります。
ふつう、水という言葉は、液体の状態を指しています。

しかし、水が氷になるときには、液体を固体にするために必要な熱（凝固熱）を水からとらなければなりません。

このとき、ほかの物質の出入りはありません。

水が氷になっても、水蒸気になっても、出入りしたのは熱だけなのでふつうの水を液体の水、氷を固体の水、水蒸気を気体の水、ということがあります。

これを、水の三態といいます。

三態の性質

私たちの身のまわりにある、形をもった硬い物が、固体です。

気体や液体には形がなく、入れ物にいれておかなければなりません。
そして、入れ物の形の通りになります。

気体と液体の違いは、液体には、表面がありますが、気体には表面というものがなく入れ物のどこかがあいていれば、いくらでも、広がることです。

ふつう、同じ体債では固体がもっとも重く液体がつぎに重く気体がもっとも軽いのですが、水は凍って氷になると、かえって軽くなります。

臨界温度

イギリスの物理学者ファラデーによって、気体を液化する研究がおこなわれ寒剤で冷やし、圧力を加えて、いろいろな気体を液化することができました。

しかし、空気や酸素・水素・窒素などは、どうしても液化することができませんでした。
これらの気体に、3000気圧という高い圧力をくわえた人もありましたがそれでも液化しませんでした。

それで、ファラデーはこれらの気体はどんなことをしても液体や固体にはならない気体であると考えこれを永久気体と名付けました。

ところが、アンドリウスという人が、二酸化炭素の性質をくわしく調べて二酸化炭素は31℃以上の温度では、どんなに圧力を加えても液体にはならずそれ以下の温度では、圧力さえ加えれば液体になるということを発見しました。

このことから、気体を液体にするためにはそれぞれの物質で決まっているある温度以下に気体を冷やしておかなければならないことがわかりました。

この温度を、臨界温度と言います。

空気や水素は臨界温度がとても低く、空気の臨界温度は零下141℃。水素の臨界温度は零下240℃です。

それで、寒剤を使っても気体をこんなに低い温度に冷やすことができないので液化することができなかったのです。

水蒸気でも、374℃以上では、どんなに圧縮しても液体の水にならないのです。
ふつうの水蒸気の温度は、これよりずっと低いので、かんたんに水になるのです。

液体空気

空気を液化するのには、まず、空気の温度を零下141℃以下に下げなければなりません。
なかなか、このような低い温度にできませんが気体を圧縮しておいて急に圧力の低いところに噴き出させると温度が下がる性質が発見されたので液体空気がつくれるようになりました。

空気を圧縮して水で冷やした物を弁から吹き出させると、いくらか温度が下がります。
この冷えた空気を、また圧縮して弁から噴き出さると、さらに温度が下がります。

これを繰り返しているうちに、空気の温度はだんだん下がり零下141℃以下になって、液体空気ができます。

液体空気は、魔法瓶にたくわえられています。
液体空気は、低温の実験にも使われていますが、液体空気からは肥料として大切な硫安の原料になる窒素やいろいろな役に立つ物がとれるので大量につくられています。

液体空気は、ほとんど液体酸素と液体窒素の混合物なので液体空気をつくってこれを蒸発させると、窒素と酸素とでは沸点が違うので窒素と酸素を、別々に取り出せます。

物質の三態と分子運動

酸素や水素などは、分子という、目に見えない、非常に小さな粒が集まっている物です。
水は、酸素と水素がくっついてできた物です。

気体は、液体や固体にくらべると、たいへん体積が増えているので気体の分子は、お互いに遠く離れて、飛び回っていると考えられます。

気体を液化すると液体になるので、液体も分子が集まってできているはずです。

液体は、体積が小さくなり、分子と分子のあいだの距離は短く分子は、互いにひっぱりあっています。
　
液体には、形はありませんか、表面があります。
分子が互いにひっぱりあっていなければ、分子は飛んでいってしまい表面はできないはずです。

しかし、形は、自由にかわるのですから、分子のお互いの位置は、決まっていません。
固体も分子からできていますが、分子の位置が決まっているので形も決まっています。

固体では、みなさんが敦室できちんと机の前に座っているように、分子がならんでいます。

液体の中の分子の様子は、教室の中の机をだしてしまい何人かずつ手をつないで遊戯をしていてだれかが出口から外へでようとしても手をつないでいるので自由には外へでられないのに似ています。

気体の分子の様子は、みなさんが運動場で散らばってそれぞれ自由に遊びまわっているのに似ています。

外へ出ようとする人がいても、ひっぱっている人がいないので自由に外へ出られるように、気体の分子も、あいているところがあればそこから外に出てしまいます。

気体を、ある大きさの入れ物にいれて熱すると圧力が増えます。
これは温度が上がると、分子の運動がさかんになり分子が入れ物の壁に強くぶつかるようになるためだと考えられます。

液体が、どんな温度でも蒸発するのは、液体中にほかの分子より速く飛び回る分子があって、それが表面から飛び出すためだと考えられます。

液体が蒸発して、気化熱がうばわれて冷えるのは速く動き回っていた分子が外へ飛び出してしまい、ゆっくり動く分子があとに残るからだと考えられます。

むかしの人は熱を熱素という物質だと考えていましたが物質の三態と分子運動などのことを考えると熱は、分子がたくさんあるかないかによって違いますが温度は、分子数の多少には関係なく分子の運動の激しさをあらわすものだということがわかってきました。

ガスの炎は、分子数は少なくても分子の運動が非常にさかんなので、温度が高く、ボンベに詰めたプロパンなどのガスは、たくさん詰めてあるので分子数は多くても、分子の運動がさかんでないので、温度が低いのです。

液体空気は、うす青色をしていて、その温度はとても低く、零下141℃です。
液体空気の中に、生きた金魚をいれると、たちまちかちかちに凍ってしまいます。

またゴムボールを入れると、ぜんぜん弾力がなくなってしまい金槌で叩くと割れてしまいます。