熱量保存の法則とは？高校生のポイント ～ 熱はどこにも消えない！

お湯を冷ますと周りの空気が温かくなったり、金属を火で熱すると手に熱が伝わったり…。
こうした現象の裏には「熱量保存の法則」という自然の決まりごとがあります。

この記事では、「熱量保存の法則」とは何か、どんな場面で使われるのか、公式や例題を交えてわかりやすく説明します。

熱量保存の法則とは？

「熱量保存の法則」とは、熱の出入りをすべて合わせると、全体の熱量は変化しないという法則です。
言い換えると、「熱は消えたり、勝手に生まれたりしない」ということです。

たとえば、温かい物体と冷たい物体を接触させると、温かい方は冷め、冷たい方は温まります。
このとき失われた熱量と得られた熱量は同じになります。

Q_失う=Q_得る​

これが、熱量保存の法則です。

公式とその意味

物体が吸収したり放出したりする熱量 Q は、次の式で求められます。

Q=mcΔT

ここで、

• Q：熱量（J：ジュール）
• m：物体の質量（kg）
• c：比熱（J/kg・℃）
• ΔT：温度変化（℃）

つまり、「質量 × 比熱 × 温度変化」で、熱の出入りを計算できるのです。

例題：お湯と水を混ぜるとどうなる？

たとえば、80℃のお湯200gと、20℃の水200gを混ぜるとき、最終温度はいくつになるでしょうか？
熱量保存の法則を使って計算できます。

Q_{お湯が失う}=Q_{水が得る​}

水の比熱を c=4.2 J/g・℃ として式を立てると、

200×4.2×(80−T)=200×4.2×(T−20)

これを解くと、

T=50℃

となります。

つまり、温かい方が失った熱量と、冷たい方が得た熱量がつり合うのです。

日常生活の中の「熱量保存」

• お風呂のお湯がぬるくなる
  　→ お湯の熱が空気や浴槽に移動しています。
• 金属のスプーンが熱くなる
  　→ 熱がコーヒーからスプーンに伝わっています。
• 断熱材の役割
  　→ 熱の移動を防ぐことで、熱量の出入りを少なくしています。

熱のやり取りは見えませんが、必ずバランスが取れているのです。

熱量保存とエネルギー保存

熱量保存の法則は、より広い「エネルギー保存の法則」の一部です。
熱もエネルギーの一種なので、運動エネルギーや電気エネルギーと同じく、形を変えても全体の量は変わらないのです。

たとえば、摩擦で発生する熱も、運動エネルギーが熱エネルギーに変わっただけ。
エネルギーが消えたわけではなく、「形を変えた」だけなのです。

大学入試のポイント

• よく出るテーマ：
  　水と金属の混合・比熱の比較・カロリーメーターの問題など
• 重要公式：
  　Q=mcΔT
  　熱の出入りが釣り合う式を正しく立てることがカギ。
• 注意点：
  　吸収する熱は「＋」、放出する熱は「−」として計算すること。

みんなの声

💬 「お湯を混ぜる計算、思ったより簡単でびっくり！」（高校1年生）
💬 「エネルギー保存とつながる考え方がスッキリ理解できた」（受験生）
💬 「熱の出入りを考えると、生活の仕組みも見えてきて面白い！」（理系志望・高校2年）

まとめ

「熱量保存の法則」は、自然界のエネルギーの流れを理解する基本です。
熱はどこかへ消えることも、勝手に生まれることもありません。
失われた熱量と得られた熱量は、いつも釣り合っているのです。

この考え方を身につけると、エネルギー変換の仕組みがぐっと理解しやすくなります。