物理学

質量流量の定義と物理的特性

質量流量の定義と物理的特性
質量流量(mass flow rate)の定義、計算式、および物理学における役割を解説します。単位時間あたりに通過する物質の質量を求める手法を整理。

📌 主なポイント

  • ✓質量流量は単位時間あたりに面を通過する物質の質量である。
  • ✓SI単位系における基本単位はキログラム毎秒(kg/s)である。
  • ✓非圧縮性流体の場合、質量流量は密度と体積流量の積で表される。

質量流量(しつりょうりゅうりょう、英: mass flow rate)は、流体力学において特定の面を単位時間あたりに通過する物質の質量を示す物理量です。国際単位系(SI)における単位はキログラム毎秒(kg/s)で表されます。

定義と計算

質量流量は、物質の質量mを時間tで微分した値として定義されます。一般的にドット記号を用いたṁというシンボルで表記されます。

質量流量のシンボル
質量流量のシンボル ṁ

流体中のある面を通過する質量流量は、流体の密度ρ、速度ベクトルv、および微小面積ベクトルdAを用いて以下の積分式で算出されます。

質量流量の積分式
質量流量の積分式

流れが非圧縮性であり、密度が一定である場合、質量流量は体積流量Qに密度ρを乗じた値と等価になります。

質量流量と体積流量の関係
質量流量と体積流量の関係式

計量単位

質量流量の計量単位には、SI単位であるkg/sのほか、実用上の必要性に応じてグラム毎秒(g/s)、トン毎時(t/h)などが用いられます。また、ヤード・ポンド法を採用する地域では、ポンド毎秒(lb/s)などの単位が使用されることもあります。

よくある質問

質量流量と体積流量の違いは何ですか?
体積流量は単位時間あたりに通過する流体の「体積」を示すのに対し、質量流量は「質量」を示します。密度が一定であれば、質量流量は体積流量に密度を掛けることで求められます。
質量流量の記号 ṁ は何を意味しますか?
これはニュートンの記法による時間微分を表しており、質量mを時間tで微分した(dm/dt)ことを意味します。

関連記事

流体力学流量密度時間微分

参考文献

  • 質量流量を表すシンボルは、時間微分をニュートンの記法で表したものである。