問題
液体の体膨張に関する説明として、正しいものはどれか。
(1) 同じ液体であっても、温度変化が0℃なら体積は増加する。
(2) 液体の体積増加量は、初めの体積や温度変化には関係しない。
(3) 液体の体膨張率が大きいほど、同じ条件では体積の増加量は大きくなる。
(4) 液体は温度が上昇すると、必ず質量も増加する。
(5) 液体の体膨張率は、容器の形状によって決まる。
危険物取扱者乙種４類｜液体の体膨張を解説
液体の体膨張では、温度が上がると一般に体積が増加すること、体積増加量は初めの体積、温度変化、体膨張率によって決まることを押さえることが重要です。正しい答えは(3)です。体膨張率が大きい液体ほど、同じ初めの体積、同じ温度変化で比べた場合、体積の増加量が大きくなるためです。
(1) 同じ液体であっても、温度変化が0℃なら体積は増加する。
不適切です。液体の体膨張は、温度が変化したときに体積が変化する現象です。温度変化が0℃ということは、温度が上がっていないということなので、体膨張による体積増加は起こりません。体積増加量は、初めの体積、体膨張率、温度変化に比例します。温度変化が0であれば、計算上も体積増加量は0になります。
(2) 液体の体積増加量は、初めの体積や温度変化には関係しない。
不適切です。液体の体積増加量は、初めの体積が大きいほど、また温度変化が大きいほど大きくなります。たとえば、同じ液体を同じ温度だけ温める場合でも、100mLより1,000mLの方が増える体積は大きくなります。また、同じ量の液体でも、10℃上昇する場合より50℃上昇する場合の方が体積増加量は大きくなります。体膨張は、液体の種類だけで決まるものではありません。
(3) 液体の体膨張率が大きいほど、同じ条件では体積の増加量は大きくなる。
適切です。液体の体膨張率は、温度が1℃上昇したときに体積がどの程度増えるかを表す値です。初めの体積と温度変化が同じであれば、体膨張率が大きい液体ほど体積の増加量は大きくなります。体積増加量は、一般に「初めの体積×体膨張率×温度変化」で考えます。危険物の貯蔵や取扱いでは、温度上昇によって液体が膨張し、容器内の圧力上昇やあふれにつながるおそれがあるため、体膨張の考え方は重要です。
(4) 液体は温度が上昇すると、必ず質量も増加する。
不適切です。温度が上昇して液体が膨張すると、体積は増加しますが、液体そのものの質量が増えるわけではありません。密閉された容器内で同じ液体を温めた場合、外から物質が加わらない限り、質量は変わりません。温度上昇によって変化するのは主に体積や密度です。体積が増えると、同じ質量がより大きな体積を占めるため、一般に密度は小さくなります。
(5) 液体の体膨張率は、容器の形状によって決まる。
不適切です。体膨張率は液体の種類によって決まる性質であり、容器の形状そのものによって決まるものではありません。容器の形状や材質によって、見かけ上の液面の上昇の仕方や容器自体の膨張の影響は変わることがあります。しかし、液体自体がどれだけ膨張しやすいかを表す体膨張率は、液体の性質として考えます。試験では、容器の形と液体の性質を混同しないことが大切です。
この問題で覚えるポイント
液体の体膨張は、温度上昇によって液体の体積が増加する現象です。体積増加量は、初めの体積、体膨張率、温度変化に比例します。式で表すと、体積増加量＝初めの体積×体膨張率×温度変化です。温度変化が0であれば体積増加量も0になります。初めの体積が大きいほど、温度変化が大きいほど、体膨張率が大きいほど、体積の増加量は大きくなります。温度が上がると体積は増えても、外から物質が加わらない限り質量は増えません。体積が増えて質量が変わらない場合、密度は小さくなります。体膨張率は液体の種類によって決まる性質であり、容器の形状で決まるものではありません。危険物の貯蔵では、液体が温度上昇で膨張することを見込んで、容器に余裕空間を設ける考え方が重要になります。
ひっかけポイント
このテーマでは、「温度が上がると体積が増える」という基本知識を、質量の増加や容器の形状と混同させる出題に注意が必要です。体積が増えると聞くと、液体の量そのものが増えたように感じるかもしれませんが、実際には外から液体が追加されない限り質量は変わりません。また、細い容器では液面が大きく上がるため、容器の形状が体膨張率を決めているように見えますが、変わっているのは見え方であり、液体自体の膨張しやすさではありません。さらに、「関係しない」「必ず」「決まる」といった断定表現は誤りになりやすいポイントです。体膨張では、初めの体積、温度変化、体膨張率の3つが体積増加量に関係する、と整理して判断すると安定して正答できます。
