比熱容

比熱容（Specific Heat Capacity，符號c），簡稱比熱，亦稱比熱容量，是熱力學中常用的一个物理量。比熱容是單位質量的某種物質升高單位温度所需的熱量。其國際單位制中的單位是焦耳每公斤開爾文（J kg^-1K^-1 或 J kg^-1℃^-1，J是指焦耳，K是指熱力學溫標，與攝氏度℃相等），即令1公斤的物質的溫度上升1攝氏度所需的能量。根據此定理，最基本便可得出以下公式：

$c = \frac{E}{m \Delta T}\,\!$

當比熱容越大，該物質便需要更多熱能加熱。以水和油為例，水和油的比熱容分別约为4200和2000，即把水加熱的熱能比油多出約一倍。若以相同的熱能分別把水和油加熱的話，油的温升將比水的温升大。

比熱容的符號是c，必須為小階，而大階C則為熱容的符號。以水為例，一千克（kg）重的水需要4200焦耳（J）來加熱一攝氏度（℃或K）。根據比熱容，便可得出：

$c = 4200J\,kg^{-1}\,K^{-1}\,\!$

歷史 [编辑]

提出比熱容的科學家J.布萊克。

最初是在18世紀，蘇格蘭的物理學家兼化學家 J.布萊克發現質量相同的不同物質，上升到相同溫度所需的熱量不同，而提出了比熱容的概念。

几乎任何物质皆可测量比热容，如化学元素，化合物，合金，溶液，以及复合材料。

历史上，曾以水的比热来定义热量，将1克水升高1度所需的热量定义为1卡路里。

定義及公式 [编辑]

比熱容是指某物質加熱所需的熱能，此定理最基本便可得出：

$s = \frac{H}{m \Delta T}\,\!$

此公式上， $s$ 是指比熱容； $H$ 是指所需的熱能； $m$ 是指質量； $\Delta T$ 是指溫差。

而若加上單位後，比熱容便指某物質重一公斤（kg），加熱一攝氏度（℃）或熱力學溫標（K）所需的焦耳（J），也就是比熱容的單位：

$J \, kg^{-1} \, ^\circ C^{-1} \,\!$

比熱容計算 [编辑]

最基本的比熱容計算，可以一次實驗得出。以下為一例子。首先，將兩公斤的水倒入一個杯中，然後計算其溫度，假設溫度為20攝氏度。然後，把水加熱，並計算使用了的能量（例如使用焦耳錶）。然後，停止加熱，並計算其溫度及使用了的能量。假設溫度為60攝氏度及能量使用了312千焦耳。然後，運用公式 $s = \frac{H}{m \Delta T}\,\!$ 計算出其比熱容：

$s = \frac{312000}{2 \times (60-20)}\,\!$

$= 3900 J \, kg^{-1} \, ^\circ C^{-1}\,\!$

可能最後得出的數字比實際數字有所不同，主要因素是受到外圍溫度影響。

因素 [编辑]

物質的比熱容和熱容都會在不同因素下有不同的影響，例如溫差、物質狀態等，主要都是分子壓力的差別。

分子 [编辑]

分子運動論。

在不同的溫度下，物質的比熱容都會有所不同，主要是因為分子的壓力有所不同。根據分子運動論，當溫度增加，分子震動得較快；當溫度減少，分子則震動得較慢。此原理亦可指，在不同的壓力和相態下，物質的比熱容亦有不同。

以溫差為例，假如在夏天較熱的天氣下煮水，會比冬天較冷的天氣下更快沸騰，因為溫度較高。

以壓强為例，在地球水平線上，大氣壓强為101.325千帕斯卡，假如在這裡煮水，水將於100攝氏度沸騰。但在海拔約8.8公里的珠穆朗瑪峰上，大氣壓强只有若3.2千帕斯卡，假如在這裡煮水，水將於69攝氏度沸騰。

以相態為例，液態水的比熱容是4200，而冰（水的固態）的比熱容則是2060。

基本物質比熱列表 [编辑]

以下列表是各物質的比熱容。

物質	化學符號	模型	相態	比熱容量（基本） J/(kg·K)	比熱容量（25℃）J/(kg·K)
氫	H₂	2	氣	14000	14300
氦	He	1	氣	5190	5193.2
氨	NH₃	4	氣	2055	2050
氖	Ne	1	氣	1030	1030.1
鋰	Li	1	固	3580	3582
乙醇	CH₃CH₂OH	9	液	2460	2440
汽油	混	混	液	2200	2220
石蠟	C_nH_2n+2	62至122	固	2200	2500
甲烷	CH₄	5	氣	2160	2156
油	混	混	液	2000	2000
軟木塞	混	混	固	2000	2000
乙烷	C₂H₆	8	氣	1730	1729
尼龍	混	混	固	1700	1720
乙炔	C₂H₂	4	氣	1500	1511
聚苯乙烯	CH₂	3	固	1300	1300
硫化氫	H₂S	3	氣	1100	1105
氮	N₂	2	氣	1040	1042
空氣（室溫）	混	混	氣	1030	1012
空氣（海平面、乾燥、0℃）	混	混	氣	1005	1035
氧	O₂	2	氣	920	918
二氧化碳	CO₂	3	氣	840	839
一氧化碳	CO	2	氣	1040	1042
鋁	Al	1	固	900	897
石綿	混	混	固	840	847
陶瓷	混	混	固	840	837
氟	F₂	2	氣	820	823.9
磚	混	混	固	750	750
石墨	C	1	固	720	710
四氟甲烷	CF₄	5	氣	660	659.1
二氧化硫	SO₂	3	氣	600	620
玻璃	混	混	固	600	840
氯	Cl₂	2	氣	520	520
鑽石	C	1	固	502	509.1
鋼	混	混	固	450	450
鐵	Fe	1	固	450	444
黃銅	Cu,Zn	混	固	380	377
銅	Cu	1	固	385	386
銀	Ag	1	固	235	233
汞	Hg	1	液	139	140
鉑	Pt	1	固	135	135
金	Au	1	固	129	126
鉛	Pb	1	固	125	128
水蒸氣（水）	H₂O	3	氣	1850	1850
水	H₂O	3	液	4200	4186
冰（水）	H₂O	3	固	2060	2050 (-10℃)

用途 [编辑]

冷卻劑 [编辑]

水 [编辑]

主条目：水

人類發現水（液態）的比熱容約4200，比其它液體較高。因此，便指出水是一個較好的冷卻劑。例如，用於汽車作散熱功能。另外，由於沿海地区的比熱容比陸地大，因此，岸的溫差一向比內陸地區的低。同时水也是比较好的保温剂，所以大部分的保暖袋都用水的。

計算 [编辑]

熱能 [编辑]

根據比熱容的公式：

$s = \frac{H}{m \Delta T} \,\!$

經轉換後，便能得出：

$H = ms \Delta T \,\!$

即透過比熱容，便可計算某質量的熱能使用。例如一次實驗中，四公斤重的水的溫度原先是25攝氏度，經過加熱後，溫度為45攝氏度。假如要求取使用了多少能量的話，首先要知道水的比熱容，若水的比熱容是4200的話，透過以上公式計算，便可得出：

$H = 4 \times 4200 \times (45-25) \,\!$

$= 336000 J \,\!$

即是使用了336000焦耳熱能。

熱容 [编辑]

主条目：熱容

比熱容只指一公斤的物質增加一攝氏度所需的熱能。即是指假如在實驗上，物質的質量有多少都不會改變它的比熱容。但熱容則指的是某物质增加一摄氏度所需要的热量，这就要把物質的質量考虑进去，比如一杯水的熱容，就比兩杯水的少。因此，熱容和比熱容是相關的。熱容的符號是H，比熱容的符號則是h，熱容和比熱容的關係可以以以下公式：

$H = \frac{h}{m} \,\!$

$H = mc\,\!$

m是指物質的質量。

內部連結 [编辑]

參考 [编辑]

TAO Ping Kee, LEE Hong Moon. New Physics at Work - HEAT. Oxford University Press. 1993. ISBN 0-19-545777-3.
http://www.hk-phy.org/contextual/heat/tep/temch/island_c.html 水和沙的比熱容
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/spht.html 比熱公式
http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=AJPIAS000071000011001142000001&idtype=cvips&gifs=yes 比熱容單位
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/tables/sphtt.html#c1 比熱容物質列表

比熱容

目录