比热容

比热容（英语：specific heat capacity，符号c），简称比热，亦称比热容量，是热力学中常用的一个物理量，表示物体吸热或散热能力，比热容越大，物体的吸热或散热能力越强。它指单位质量的某种物质升高或下降单位温度所吸收或放出的热量。其国际单位制中的单位是焦耳每千克开尔文，即令1公斤的物质的温度上升1开尔文所需的能量。根据此定理，最基本便可得出以下公式：m是质量，单位千克（kg）。 ΔT是温度变化，单位开尔文（K）。 当比热容越大，该物质便需要更多热能加热。以水和油为例，水和油的比热容分别约为4200 J/(kg·K)和2000 J/(kg·K)，即把水加热的热能是油的约2.1倍。若以相同的热能分别把水和油加热的话，油的温升将比水的温升大。比热容的符号是c，必须为小写，而大写C则为热容的符号。以水为例，一千克（kg）重的水需要4200焦耳（J）来加热一开尔文（K）。根据比热容，便可得出：比热容在国际单位制中的单位为焦耳每千克开尔文。也可读作焦每千克开、焦耳每千克凯尔文、焦耳每公斤开尔文等。写作J/( kg · K )。焦耳每千克摄氏度与焦耳每千克开尔文在数值上等同。最初是在18世纪，苏格兰的物理学家兼化学家约瑟夫·布拉克发现质量相同的不同物质，上升到相同温度所需的热量不同，而提出了比热容的概念。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。比热容是指某物质加热所需的热能，此定理最基本便可得出：而若加上单位后，比热容便指某物质重一公斤（kg），加热一摄氏度（℃）或热力学温标（K）所需的焦耳（J），也就是比热容的单位：物质的比热与所进行的过程有关。在工程应用上常用的包括：定压比热容Cp、定容比热容Cv和饱和状态比热容三种。1.定压比热容Cp：是单位质量的物质在压力不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量。2.定容比热容Cv：是单位质量的物质在容积（体积）不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K吸收或放出的内能。3.饱和状态比热容：是单位质量的物质在某饱和状态时，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的热量。设有一质量为m的物体，在某一过程中吸收（或放出）热量ΔH时，温度升高（或降低）ΔT，则ΔH/ΔT称为物体在此过程中的热容量（简称热容），用C表示，即C=ΔH/ΔT。用热容除以质量，即得比热容c=C/m=ΔH/mΔT。对于微小过程的热容和比热容，分别有C=dH/dT，C=1/m*dH/dT。因此，在物体温度由T1变化到T2的有限过程中，吸收（或放出）的热量H=∫（T2,T1）CdT=m∫（T2,T1）cdT。一般情况下，热容与比热容均为温度的函数，但在温度变化范围不太大时，可以近似值视为一常数。于是产生一公式H=C (T2-T1)=mc (T2-T1)。如令温度改变量ΔT=T2-T1，则有H=cmΔT。这是用比热容来计算热量的基本公式。在英文中，比热容被称为：Specific Heat Capacity (SHC)。用比热容计算热能的公式为：Energy=Mass×Specific Heat Capacity×Temperature change 可简写为：Energy=SHC×Mass×Temp Ch，H=cmΔT。与比热相关的热量计算公式：H=cmΔT即H吸（放）=cm（T初-T末）其中c为比热，m为质量，H为能量热量。吸热时为H=cmΔT升（用实际升高温度减物体初温），放热时为H=cmΔT降（用实际初温减降后温度）。或者H=cmΔT=cm（T末-T初），H>0时为吸热，H<0时为放热。 （涉及到物态变化时的热量计算不能直接用H=cmΔT，因为不同物质的比热容一般不相同，发生物态变化后，物质的比热容就会有所变化。）最基本的比热容计算，可以一次实验得出。以下为一例子。首先，将两公斤的水倒入一个杯中，然后计算其温度，假设温度为20摄氏度。然后，把水加热，并计算使用了的能量（例如使用电度表）。然后，停止加热，并计算其温度及使用了的能量。假设温度为60摄氏度及能量使用了312千焦耳。然后，运用公式 s = H m Δ T {displaystyle s={frac {H}{mDelta T}},!} 计算出其比热容：可能最后得出的数字比实际数字有所不同，主要因素是受到外围温度影响。物质的比热容和热容都会在不同因素下有不同的影响，例如温差、物质状态等，主要都是分子压力的差别。在不同的温度下，物质的比热容都会有所不同，主要是因为分子的压力有所不同。根据分子运动论，当温度增加，分子震动得较快；当温度减少，分子则震动得较慢。此原理亦可指，在不同的压力和相态下，物质的比热容亦有不同。以温差为例，假如在夏天较热的天气下煮水，会比冬天较冷的天气下更快沸腾，因为温度较高。以压强为例，在地球水平线上，大气压强为101.325千帕斯卡，假如在这里煮水，水将于100摄氏度沸腾。但在海拔约8.8公里的珠穆朗玛峰上，大气压强只有若3.2千帕斯卡，假如在这里煮水，水将于69摄氏度沸腾。以相态为例，液态水的比热容是4200，而冰（水的固态）的比热容则是2060。以下列表是各物质的比热容。人类发现水（液态）的比热容约4200，比其它液体较高。因此，便指出水是一个较好的冷却剂。例如，用于汽车作散热功能。另外，由于沿海地区的比热容比陆地大，因此，岸的温差一向比内陆地区的低。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。水的比热较大，在气候的变化上有明显的影响。同样受到热或冷却的情况下，水的比热因为比较大所以温度变化较小，水对于气候的影响很大，白天沿海地区比内陆地区升温较慢，在夜间沿海温度降低和变化量少，所以一天当中，沿海地区温度变化小，内陆温度变化大，一年之中夏季内陆比沿海炎热，冬季内陆比沿海寒冷。而因为水比热较大的现象，使得水库往往成为一个巨大的天然空调，对于热带的地区或城市有些微调整气温的功用。1.农业及生产上的应用 水稻是一种喜温的农作物，在每年三四月份育苗的时候，在比较寒冷地区农民为了防止结霜之类的现象，农民普遍采用“浅水勤灌”的方法，就是傍晚在秧田里灌一些水过夜，第二天太阳升起的时候，再把秧田中的水放掉。根据水的比热较大的特性，在夜晚降温时，使秧苗的温度变化不大，对秧苗起了保温及保护的作用。2.建筑居住上的应用 在炎热的夏天古人将水从房屋的顶部倒下，使水往下流，起了防暑降温作用。3.水冷系统的应用 人们在很久以前就开始用水来冷却发热的机器，在电脑CPU散热中可以利用散热片与CPU核心接触，使CPU产生的热量通过热传导的方式传输到散热片上，再利用风扇将散发到空气中的热量带走。但水的比热远远大于空气，因此可以用水代替空气作为散热介质，通过水泵将内能增加的水带走，组成水冷系统。这样CPU产生的热量传输到水中后水的温度不会明显上升，散热性能优于上述直接利用空气和风扇的系统。例如汽车即工厂的一些引擎与马达等等，都利用水来做为冷却系统的冷却液。根据比热容的公式：经转换后，便能得出：即透过比热容，便可计算某质量的热能使用。例如一次实验中，四千克重的水的温度原先是25摄氏度，经过加热后，温度为45摄氏度。假如要求计算使用了多少能量的话，首先要知道水的比热容，若水的比热容是4200的话，透过以上公式计算，便可得出：即是使用了336000焦耳热能。比热容只指一公斤的物质增加一摄氏度所需的热能。即是指假如在实验上，物质的质量有多少都不会改变它的比热容。但热容则指的是某物质增加一摄氏度所需要的热量，这就要把物质的质量考虑进去，比如一杯水的热容，就比两杯水的少。因此，热容和比热容是相关的。热容的符号是H(或用C)，比热容的符号则是h(或c)，热容和比热容的关系可以以以下公式：