比熱容

比熱容測試儀

　　定義
　　比熱容是單位質量的某種物質升高單位溫度所需的熱量。其國際單位制中的單位是焦耳每千克開爾文（J /(kg·K) 或 J /(kg·℃)，J是指焦耳，K是指熱力學溫標，與攝氏度℃相等），即令1千克的物質的溫度上升（或下降）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：
　　Q=cm⊿t
　　Q為吸收的熱量；m是物體的質量，⊿T是吸熱（放熱）后溫度所上升（下降）值，初中的教材里把⊿T寫成⊿t，其實這是很不規范的（我們生活中常用℃作為溫度的單位，很少用K，而且⊿T=⊿t，因此中學階段都用⊿t，但國際上或者更高等的科學領域，還是使用⊿T）。
　　物質的比熱容與所進行的過程有關。在工程應用上常用的有定壓比熱容Cp、定容比熱容Cv和飽和狀態比熱容三種。
　　定壓比熱容Cp：是單位質量的物質在壓力不變的條件下，溫度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量。
　　定容比熱容Cv：是單位質量的物質在容積（體積）不變的條件下，溫度升高或下降1℃或1K吸收或放出的內能。
　　飽和狀態比熱容：是單位質量的物質在某飽和狀態時，溫度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的熱量。
　　單位
　　比熱容的單位是復合單位。
　　在國際單位制中，能量、功、熱量的主單位統一為焦耳，溫度的主單位是開爾文，因此比熱容的國際單位為J/(kg·K)，讀作“焦[耳]每千克開[爾文]”。（[]內的字可以省略。）
　　常用單位：J/(kg·℃）、J/(g·℃）、kJ/(kg·℃）、cal/(kg·℃）、kcal/(kg·℃）等。注意攝氏度和開爾文僅在溫標表示上有所區別，在表示溫差的量值意義上等價，因此這些單位中的℃和K可以任意互相替換。例如“焦每千克攝氏度”和“焦每千克開”是等價的。
　　比熱容表示物體吸熱（或散熱）能力的物理量。
　　計算
　　設有一質量為m的物體，在某一過程中吸收（或放出）熱量ΔQ時，溫度升高（或降低）ΔT，則ΔQ/ΔT稱為物體在此過程中的熱容量（簡稱熱容），用C表示，即C=ΔQ/ΔT。用熱容除以質量，即得比熱容c=C/m=ΔQ/mΔT。對于微小過程的熱容和比熱容，分別有C=dQ/dT，c=1/m*dQ/dT。因此，在物體溫度由T1變化到T2的有限過程中，吸收（或放出）的熱量Q=∫（T2,T1）CdT=m∫（T2,T1）cdT。
　　一般情況下，熱容與比熱容均為溫度的函數，但在溫度變化范圍不太大時，可近似地看為常量。于是有Q=C(T2-T1）=mc(T2-T1）。如令溫度改變量ΔT=T2-T1，則有Q=cmΔT。這是中學中用比熱容來計算熱量的基本公式。
　　在英文中，比熱容被稱為：Specific Heat Capacity(SHC）。
　　用比熱容計算熱能的公式為：Energy=Mass×Specific Heat Capacity×Temperature change
　　可簡寫為：Energy=SHC×Mass×Temp Ch，Q=cmΔT。
　　與比熱相關的熱量計算公式：Q=cmΔT 即Q吸（放）=cm(T初-T末） 其中c為比熱，m為質量，Q為能量熱量。吸熱時為Q=cmΔT升（用實際升高溫度減物體初溫），放熱時為Q=cmΔT降（用實際初溫減降后溫度）。或者Q=cmΔT=cm(T末-T初），Q>0時為吸熱，Q<0時為放熱。
　　（涉及到物態變化時的熱量計算不能直接用Q=cmΔT，因為不同物質的比熱容一般不同，發生物態變化后，物質的比熱容變化了。）
　　應用
　　水的比熱容較大，在工農業生產和日常生活中有廣泛的應用。這個應用主要考慮兩個方面，第一是一定質量的水吸收（或放出）很多的熱而自身的溫度卻變化不大，有利于調節氣候；第二是一定質量的水升高（或降低）一定溫度吸熱（或放熱）很多，有利于用水作冷卻劑或取暖。
　　調節氣候
　　水的比熱容較大，對于氣候的變化有顯著的影響。在同樣受熱或冷卻的情況下，水的溫度變化小一些，水的這個特征對氣候影響很大，白天沿海地區比內陸地區溫升慢，夜晚沿海溫度降低少，為此一天中沿海地區溫度變化小，內陸溫度變化大，一年之中夏季內陸比沿海炎熱，冬季內陸比沿海寒冷。海陸風的形成原因與之類似。
　　1．對氣溫的影響
　　據新華社消息，三峽水庫蓄水后，這個世界上最大的人工湖將成為一個天然“空調”，使山城重慶的氣候冬暖夏涼。據估計，夏天氣溫可能會因此下降5℃，冬天氣溫可能會上升3到4℃。
　　2．熱島效應的緩解
　　晴朗無風的夏日，海島上的地面氣溫，高于周圍海上氣溫，并因此形成海風環流以及海島上空的積云對流，這是海洋熱島效應的表現。近年來，由于城市人口集中，工業發達，交通擁塞，大氣污染嚴重，且城市中的建筑大多為石頭和混凝土建成，在溫度的空間分布上， 城市猶如一個溫暖的島嶼，從而形成城市熱島效應。在緩解熱島效應方面，專家測算，一個中型城市環城綠化帶樹苗長成濃蔭后，綠化帶常年涵養水源相當于一座容積為1.14×10m的中型水庫，由于水的比熱容大，能使城區夏季高溫下降1℃以上，有效緩解日益嚴重的“熱島效應”。
　　水庫的建立，水的增加，而水的比熱容大，在同樣受冷受熱時溫度變化較小，從而使夏天的溫度不會升得比過去高，冬天的溫度不會下降的比過去低，使溫度保持相對穩定，從而水庫成為一個巨大的“天然空調”。
　　冷卻或取暖
　　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，然后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于空氣，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后水的溫度不會明顯上升，散熱性能優于上述直接利用空氣和風扇的系統。
　　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，也是利用了海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，農民普遍采用“淺水勤灌”的方法，即傍晚在秧田里灌一些水過夜，第二天太陽升起的時候，再把秧田中的水放掉。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。
　　3．熱水取暖
　　冬季供熱用的散熱器、暖水袋。
　　4．其他
　　諸如在炎熱的夏天古代皇室用流水從屋頂上流下，起了防暑降溫作用；夏威夷是太平洋深處的一個島，那里氣候宜人，是旅游度假的圣地，除了景色誘人之外，還有一個主要原因就是冬暖夏涼。
　　其它信息參見詞條定壓比熱容、定容比熱容。