比熱の定義

比熱（c）は、単位温度における物質の単位質量の温度上昇に応じて必要とされるエネルギー量として定義されます。 熱容量または比熱容量とも呼ばれます。

液体状態の物質の比熱は、気体状態の同じ物質の比熱と同じではないため、物質の状態に依存する物理量です。 同様に、材料が見つかった圧力と温度の条件は、その比熱に影響を与えます。 基本的に、それは物質の熱容量を指す集中的な性質です。 物質の追加に対する材料の熱感受性の値を提供するため エネルギー。

知ってますか…？ 比熱という用語は、機械物理学と熱力学の分野がほぼ独立して発展したときに生まれました。 ただし、現時点では、比熱のより適切な用語は比エネルギー移動です。

発泡スチロール（アニメ）とアルミの2つのグラスに同じ温度のホットコーヒーを注ぎ、両方のグラスを手に持つと、 アルミニウムは発泡スチロールよりも熱く感じます。つまり、発泡スチロールのカップのように温度が上昇するには、発泡スチロールのカップにより多くの熱を加える必要があります。 アルミニウム。

比熱式

Q が、質量 m の物質とその周囲との間で交換されるエネルギー量であり、温度変化 ΔT (Tf – Ti) を引き起こす場合、次のようになります。

\(c = \frac{Q}{{m.ΔT}}\)

ここで、c は比熱です。

この式から、比熱の単位は次のようになると推測できます。

• 国際システムでは、比熱 c = (J/kg. K)
• 英語のシステムでは、c = (BTU/lb-m.ºF)
• 他のシステムでは、c = (Cal/g.ºC) と表現することも一般的です。

一方、物質の比熱が高いほど、与えられたエネルギー量に対する温度変化が小さくなることも観察できます。 このため、熱がこもりやすい素材を選びたい場合は、比熱の低いものを選ぶとよいでしょう。

注: 比熱はエネルギー量を指すことを明確にすることが重要です。 熱はエネルギー伝達の特定の形態ですが、温度は上昇しません。 それだけ。 たとえば、物質に機械的な作業を行うことで、物質の温度を上げることができます。

材料の比熱の例

制御された実験室条件下で、さまざまな物質の比熱を決定することが可能でした。 用途に応じた材料の比較・選択が可能 特に。 次の表は、いくつかの材料の比熱のサンプルです (大気圧および 25 ºC で)。

物質 c (J/kg. K) c (Cal/g. ℃)
水（15℃） 4186 1
エチルアルコール 2438 0.582
砂 780 0.186
銅 385 0.091
氷 (-10 ºC) 2220 0.530
酸素 918 0.219
過酸化水素 (H2O2) 2619 0.625
ガラス 792 0.189
アルミニウム 897 0.214
木材 170 0.406
オリーブオイル 1675 0.400
耐火れんが 879 0.210

注: ご覧のとおり、水は比熱が最も高い物質の 1 つであり、地球の温度を調節するためのこの液体の重要性を再確認します。

例 1: 水の温度を 15 ºC から 90 ºC に上げるには、2 kg の質量の水にどのくらいのエネルギーを伝達する必要がありますか?

解決: 前の表から、純水の比熱は 1 Cal/g.ºC であることがわかります。したがって、この値と提供されたデータから、エネルギー Q をクリアすることができます。

熱量は次のとおりです。

Q = c・m・ΔT

これは、水 2kg (2000g) の温度を 15℃ から 90℃ に上げるのに 150,000 カロリーが必要であることを意味します。

例 2: ブンゼン バーナーで 25 ºC の温度から 4000 ジュールのエネルギーを加えて加熱した 1 kg のアルミニウム棒の最終温度は?

解決: 比熱の表から、c = 897 J/kg であるアルミニウムのこの変数の値を取得できます。 K.

温度の場合、25 ºC は 273.15 単位を追加して絶対ケルビン スケールに変換されるため、バーの初期温度は 298.15 K になります。

比熱の式から最終温度をクリアすると、次のようになります。

\({T_f} = \frac{Q}{{c \cdot m}} + {T_i} = \frac{{4000\;J}}{{\left( {897\;J/kg \cdot K} \right)\left( {1\;kg} \right)}} + 298.15\;K = 302.61\;K\)

アルミニウム棒の最終温度は 302.61 K または 29.46 ºC になります。

注: 物質の比熱に関する知識と解釈は、特定の用途に最適な材料を選択する場合に非常に役立ちます。 例えば、自動車メカニクスでは、車のメカニズムを構成する部品の多くが、 高温にさらされるため、加熱されたときに材料が疲労しないことが望ましい 簡易。