比熱容量：定義、単位、式、例

2つの異なるビーカーに一定量の水を注いだとします。 一方のビーカーは背が高くて幅が狭く、もう一方のビーカーは背が高くて幅が広いです。 各ビーカーに注がれる水の量が同じである場合、水位は狭いビーカーの方が高くなると予想されます。

これらのバケットの幅は、比熱容量の概念に類似しています。 この例えでは、バケツに注がれる水は、2つの異なる材料に追加される熱エネルギーと考えることができます。 バケツのレベルの上昇は、結果として生じる温度の上昇に類似しています。

材料の比熱容量は、その材料の単位質量を1ケルビン（または摂氏）上げるのに必要な熱エネルギーの量です。 比熱容量のSI単位は、J / kgK（ジュール/キログラム×ケルビン）です。

比熱は材料の物性によって異なります。 そのため、これは通常、テーブルで検索する値です。 熱Q質量のある材料に追加m比熱容量付きc温度変化が発生しますΔT次の関係によって決定されます。

花崗岩の比熱容量は790J / kgK、鉛の比熱は128 J / kgK、ガラスの比熱容量は840 J / kgK、銅の比熱容量は386 J / kgK、水の比熱容量は4,186 J / kgKです。 リスト内の他の物質と比較して、水の比熱容量がどれだけ大きいかに注意してください。 水は、あらゆる物質の中で最も高い比熱容量の1つであることがわかります。

比熱容量が大きい物質は、はるかに安定した温度を持つことができます。 つまり、熱エネルギーを追加または削除しても、温度はそれほど変動しません。 （この記事の冒頭にあるビーカーの例えを思い出してください。 幅の広いビーカーと幅の狭いビーカーに同じ量の液体を足したり引いたりすると、幅の広いビーカーのレベルの変化ははるかに少なくなります。）

このため、沿岸の町は内陸の都市よりもはるかに温暖な気候になっています。 このような大きな水域に近づくと、温度が安定します。

水の比熱容量が大きいのも、ピザをオーブンから取り出すときに、クラストが冷めた後でもソースが燃える理由です。 含水ソースは、クラストと比較して温度が下がる前に、はるかに多くの熱エネルギーを放出する必要があります。

10,000Jの熱エネルギーが1kgの砂に追加されたとします（c​_s = 840 J / kgK）最初は摂氏20度で、同じ量の熱エネルギーが0.5kgの砂と0.5kgの水の混合物に追加されます。これも最初は20℃です。 砂の最終温度は、砂と水の混合物の最終温度とどのように比較されますか？

​解決：まず、次の熱式を解きますΔT取得するには：

砂の場合、次のような温度変化があります。

これにより、最終温度は31.9℃になります。

砂と水の混合物の場合、それはもう少し複雑です。 熱エネルギーを水と砂の間で均等に分割することはできません。 それらは一緒に混合されるので、それらは同じ温度変化を受ける必要があります。

総熱エネルギーはわかっていますが、最初はそれぞれがどれだけの熱エネルギーを得るのかわかりません。 しましょうQ_s砂が得る熱からのエネルギーの量であり、Q_w水が得るエネルギーの量になります。 今、という事実を使用してくださいQ =​ ​Q_s + Q_w以下を取得するには：

今では解決するのは簡単ですΔT：​

数字を差し込むと、次のようになります。

混合物は4℃上昇するだけで、最終温度は24℃で、純粋な砂よりも大幅に低くなります。