比熱容,英文為Specific Heat Capacity(簡稱SHC),
是指沒有相變化和化學變化時,1kg某種物質溫度升高1℃所需的熱量。
一定質量的物質,在溫度升高時,所吸收的熱量與該物質的質量和升高的溫度乘積之比,稱做這種物質的比熱容(比熱),用符號c(小寫)表示。其國際單位制中的單位是焦耳每千克開爾文[J /(kg·K) ]
或焦耳每千克每攝氏度[J /(kg·℃)](初中採用這種表示方法)。J是指焦耳,K是指熱力學溫標,即令1千克的物質的溫度上升(或下降)1K 所需的能量。
根據此定理,便可得出以下公式:
物質的比熱容越大,相同質量和溫升時,需要更多熱量。以水和油為例,水和油的比熱容分別約為4200 J/(kg·℃)和2000 J/(kg·℃),即把相同質量的水加熱的熱能比油多出約一倍。若以相同的熱能分別把相同質量的水和油加熱的話,油的溫升將比水的溫升大。
1. 常見液體和固體物質中,水的比熱容最大。
2. 不同的物質有不同的比熱容,比熱容是物質的一種特性,因此,可以用比熱的不同來(粗略地)鑑別不同的物質(注意有部分物質比熱相當接近)。
3. 同一物質的比熱一般不隨質量、形狀的變化而變化。如一杯水與一桶水,它們的比熱相同。
4. 對同一物質,比熱值與物態有關,同一物質在同一狀態下的比熱是一定的(忽略溫度對比熱的影響),但在不同的狀態時,比熱是不相同的。例如水的比熱與冰的比熱不同。
5. 在溫度改變時,比熱容也有很小的變化,但一般情況下可以忽略。初中範圍內認為同種物質,物態不變的情況下,比熱容是不變的。
6. 常見液體中,水的比熱容最大。(冰2100J /(kg·℃) 水4200J /(kg·℃) 水蒸氣1842J /(kg·℃))
氣體中,氫氣的比熱容最大。14050J /(kg·℃)
應用
1.水冷系統的應用
人們很早就開始用水來冷卻發熱的機器,在電腦CPU散熱中可以利用散熱片與CPU核心接觸,使CPU產生的熱量通過熱傳導的方式傳輸到散熱片上,然後利用風扇將散發到空氣中的熱量帶走。但水的比熱容遠遠大於空氣,因此可以用水代替空氣作為散熱介質,通過水泵將內能增加的水帶走,組成水冷系統。這樣CPU產生的熱量傳輸到水中後水的溫度不會明顯上升,散熱性能優於上述直接利用空氣和風扇的系統。
武器:第一次世界大戰和第二次世界大戰當中,一些武器使用的是水冷式槍管;一些戰鬥機和轟炸機的引擎使用的是水冷式引擎。
熱機(例如汽車的發動機,發電廠的發電機等)的冷卻系統也用和水做為冷卻液,也是利用了水的比熱容大這一特性。
2.農業生產上的應用
水稻是喜溫作物,在每年三四月份育苗的時候,為了防止霜凍,農民普遍採用「淺水勤灌」的方法,即傍晚在秧田裡灌一些水過夜,秧田的溫度不會降得太低;第二天太陽升起的時候,再把秧田中的水放掉,秧田的溫度更容易升高。根據水的比熱容大的特性,在夜晚降溫時,使秧苗的溫度變化不大,對秧苗起了保溫作用。
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。
歷史上,曾以水的比熱容來定義熱量,將1克水升高1度所需的熱量定義為1卡路裡。