問題
液体の体膨張率について、正しいものはどれか。
(1) 体膨張率が大きい液体ほど、同じ温度上昇で体積の増加量は小さい。
(2) 液体の体膨張率は、質量が大きいほど大きくなる。
(3) 同じ液体であれば、温度変化が大きいほど体積の増加量も大きくなる。
(4) 液体の体膨張率は、容器の大きさによって決まる。
(5) 液体は温度が上昇すると、必ず比重が大きくなる。
危険物取扱者乙種４類｜液体の体膨張率を解説
液体は加熱されると分子の運動が活発になり、体積が増加する性質があります。この体積変化の程度を表すのが体膨張率であり、温度変化量と物質固有の膨張率によって増加量が決まります。正しくは、温度変化が大きいほど体積増加も大きくなる関係が基本であり、【答え、理由】は(3)です。
(1) 体膨張率が大きい液体ほど、同じ温度上昇で体積の増加量は小さい。
不適切です。体膨張率が大きいということは、同じ温度上昇でも体積がより大きく増える性質を持つことを意味します。逆に増加量が小さくなるという関係は成り立たず、体膨張率の基本定義と逆の内容になっています。
(2) 液体の体膨張率は、質量が大きいほど大きくなる。
不適切です。体膨張率は物質固有の性質であり、質量の大小とは無関係です。同じ物質であれば、質量が違っても膨張率そのものは変わりません。これは密度や体積に影響されない基本的な物性値の特徴です。
(3) 同じ液体であれば、温度変化が大きいほど体積の増加量も大きくなる。
適切です。体積変化は一般に「体膨張率×元の体積×温度変化量」で表されます。そのため同一物質であれば、温度上昇幅が大きいほど分子運動がより活発になり、結果として体積増加量も比例的に大きくなります。
(4) 液体の体膨張率は、容器の大きさによって決まる。
不適切です。体膨張率は液体そのものの性質であり、容器の形状や大きさには依存しません。容器が大きくても小さくても、同じ液体であれば膨張率は一定です。容器の影響は見かけの液面変化には関係しますが、本質的な物性値は変わりません。
(5) 液体は温度が上昇すると、必ず比重が大きくなる。
不適切です。一般に液体は温度が上昇すると体積が増え、密度は低下します。その結果、比重も小さくなるのが通常の挙動です。「必ず大きくなる」という表現は物理的性質と逆であり誤りです。
この問題で覚えるポイント
液体の体膨張は物質固有の体膨張率と温度変化量で決まることが最重要です。体膨張率は質量や容器の大きさとは無関係であり、同じ物質であれば温度変化が増えるほど体積増加は比例的に大きくなります。密度や比重は温度上昇により一般に低下する関係も頻出であり、膨張と密度低下はセットで理解することが重要です。
ひっかけポイント
よくある誤りは「大きい・小さいの直感逆転」です。体膨張率が大きいほど膨らみにくいと感じてしまう心理的な逆発想が狙われます。また質量や容器サイズといった見た目に関わる要素を物性値と混同させる点も典型的な罠です。さらに「温度上昇＝比重増加」という日常感覚に反する選択肢も頻出で、密度は温度上昇で下がるという基本原則を忘れると誤答しやすくなります。
