凍った池の表面が異常に暖かい冬の午後にゆっくりと溶けるのを見ると、同じことが起こるのを見ると 近くの適切なサイズの凍った水たまりの表面では、それぞれの氷がほぼ同じ速度で水に変化しているように見えることがあります。 割合。
しかし、池の露出面に当たるすべての太陽光（おそらく1エーカーの大きさ）が同時に水たまりの表面に集中した場合はどうなるでしょうか。
あなたの直感はおそらく、水たまりの表面が非常に速く水に溶けるだけでなく、 水たまり全体がほぼ瞬時に水蒸気になり、液相を迂回して水っぽくなる可能性があります ガス。 しかし、なぜ、物理科学の観点から、これはそうあるべきなのでしょうか？
その同じ直感は、熱、質量、および氷、水、あるいはその両方の温度変化の間に関係があることをあなたに伝えている可能性があります。
たまたま、これは事実であり、アイデアは他の物質にも適用され、それぞれが異なる物質を持っています 追加された場合、特定の量に応じて異なる温度変化で現れる、熱に対する「抵抗」 熱。 これらのアイデアを組み合わせて、 比熱 そして 熱容量。
物理学における熱とは何ですか？
熱は、物理学でエネルギーとして知られている量の、一見無数の形の1つです。 エネルギーには、力と距離の積、つまりニュートンメートルの単位がありますが、これは通常、ジュール（J）と呼ばれます。 一部のアプリケーションでは、4.18Jに等しいカロリーが標準単位です。 さらに他では、btu、または英国の熱量単位がその日を支配します。
熱は、暖かい領域から冷たい領域、つまり現在熱が少ない領域に「移動」する傾向があります。 熱を保持したり見たりすることはできませんが、その大きさの変化は温度の変化によって測定できます。
温度は、水のビーカーやガスの容器など、一連の分子の平均運動エネルギーの尺度です。 熱を加えると、この分子の運動エネルギー、つまり温度が上がり、熱を下げると温度が下がります。
熱量測定とは何ですか？
ジュールが4.18カロリーに等しいのはなぜですか？ カロリー（cal）は、熱のSI単位ではありませんが、メートル単位から導出され、ある意味で基本的なものであるためです。 熱量 室温で1グラムの水を1Kまたは1°C上げる必要がありました。 （ケルビンスケールでの1度の変化は、摂氏スケールでの1度の変化と同じです。 ただし、2つは約273度オフセットされているため、0 K = 273.15°Cです。）
- 食品ラベルの「カロリー」は、実際にはキロカロリー（kcal）です。これは、12オンスの甘いソーダ缶に約150,000カロリーが含まれていることを意味します。
水または他の物質を使用して、実験を通じてそのようなものを決定する方法は、その特定の質量を 容器に、物質や熱をアセンブリから逃がさずに一定量の熱を加え、変化を測定します。 温度。
あなたは物質の質量を知っていて、熱と温度が全体を通して均一であると仮定できるので、あなたは 簡単な除算で、1グラムなどの単位量がどれだけの熱で変化するかを同じように決定できます 温度。
熱容量方程式の説明
熱容量の式にはさまざまな形式がありますが、それらはすべて同じ基本式になります。
Q =mCΔT
この方程式は、閉鎖系（液体、気体、または固体）の熱Qの変化を簡単に示しています。 材料）は、サンプルの質量m×温度変化ΔT×パラメータCに等しい と呼ばれる 比熱容量、 あるいは単に 比熱. Cの値が高いほど、同じ温度上昇を維持しながら、システムがより多くの熱を吸収できます。
比熱容量とは何ですか？
熱容量は、物体の温度を一定量（通常は1 K）上昇させるのに必要な熱量であるため、SI単位はJ / Kです。 オブジェクトは均一である場合とそうでない場合があります。 泥などの物質の混合物の熱容量を大まかに決定することは可能です。 その質量を知っていて、いくつかの密閉されたデバイスでそれを加熱することに応答してその温度変化を測定しました ソート。
化学、物理学、工学でより有用な量は 比熱容量C、単位質量あたりの熱の単位で測定されます。 比熱容量の単位は、キログラム（kg）がSIの質量単位であっても、通常は1グラムケルビンあたりのジュール、つまりJ / g・Kです。 比熱が役立つ理由の1つは、均一な物質の質量がわかっていて、その熱がわかっている場合です。 容量、特定の実験で火災のリスクを回避するための「ヒートシンク」として機能するためのその適合性を判断できます 状況。
水は実際には非常に高い熱容量を持っています。 人体は地球のおかげでかなりの量の熱の加算または減算に耐えることができなければならないことを考えると さまざまな条件で、これはほとんどすべてのかなりの生命体として、ほとんどが水でできている生物学的実体の基本的な要件です 物事はです。
熱容量対。 比熱
10万人が収容できるスポーツスタジアムと、5万人が収容できる町中の別のスタジアムを想像してみてください。 一見すると、最初のスタジアムの絶対的な「座席数」が2番目のスタジアムの2倍であることは明らかです。 しかし、2番目のスタジアムがそれだけを占めるように構築されていることも想像してみてください 四分の一 最初のボリュームの。
代数を実行すると、小さいスタジアムには実際には2倍の人が座っていることがわかります 単位スペースあたり 大きい方として、「特定の座席」の2倍の値を与えます。
この例えでは、個々の観客を同じ大きさの熱の単位として考え、スタジアムに出入りします。 大きなスタジアムは全体で2倍の「熱」を保持できますが、小さなスタジアムは実際には単位スペースあたりこのバージョンの「熱」を「保存」する容量が2倍になります。
両方のスタジアムの同じサイズの各セクションが、いっぱいになったときに同じ量の試合後のゴミを生成すると想定される場合、 収容人数に関係なく、小さい方はごみを減らすのに2倍の効果があります。 の 個人 観客; これは、追加された熱の単位あたりの温度上昇に対して2倍の弾力性があると考えてください。
このことから、比熱が同じ2つの物体の質量が異なる場合、質量が大きいほど熱容量が大きくなることがわかります。 異なる質量と異なる比熱のオブジェクトを比較すると、状況はより複雑になります。
比熱容量の計算例
金属銅の比熱は0.386J / g・Kです。 1 kg（1,000 g、または2.2ポンド）の銅の温度を0°Cから100°Cに上げるには、どのくらいの熱が必要ですか？
Q =（m）（C）（ΔT）=（1,000 g）（0.386 J / g・K）（100 K）= 38,600 J = 38.6kJ。
は何ですか 熱容量 この銅の塊の？ 質量全体を100K上げるには、38,600 Jが必要です。したがって、質量を1 K上げるには、この100分の1が必要になります。 したがって、このサイズの銅の熱容量は386Jです。