比熱

比熱は、物体または物質の物理的状態を変えることなく、その温度を 1 ℃変化させるのに必要な熱です。熱量と質量の積と体温の変化との比によって計算できます。

こちらもお読みください:熱流とは何ですか?

比熱の概要

• 比熱は、物体または物質の物理的状態を変えることなく、その温度を 1 ℃変化させるのに必要な熱です。

• 影響を与える要因としては、分子間力、物質中の不純物、モル質量、系の自由度などが挙げられます。

• 熱量と質量の積と体温の変化との比によって計算されます。

• 顕熱 (比熱の別の命名法) とは異なり、潜熱は、身体または物質の物理的状態を変化させる熱の一種です。

• 比熱は、物体の熱容量と質量の比によって与えられます。

• モル比熱は、分子や物質の比熱を測定します。

比熱とは何ですか?

顕熱とも呼ばれる比熱は、物質の凝集状態 (固体、液体、気体)を変えることなく温度を 1 ℃変化させるのに必要な熱量を示す物体や物質の特性です。

比熱は、体 (または物質) が受け取る熱量または放出する熱量に直接比例するため、温度を変化させるためにより多くの熱を必要とする材料は、比熱が大きい材料になります。

ただし、物体 (または物質) の質量および温度変化に反比例するため、質量または温度変化が大きい材料ほど比熱が低くなります。

例えば、 木の比熱は\(0.42 cal/g \cdot°C\​​)ですが、水の比熱は\(1 cal/g \cdot°C\​​)です。これは、水は温度を変化させるために木よりも多くの熱を受け取る必要があること、また木よりも早く熱を失うことを示しています。

比熱表

以下の表では、いくつかの物質および材料の比熱値を選択しています。

比熱に影響を与える要因は何ですか?

比熱は、次のようないくつかの要因によって異なります。

• 不純物の程度:物体の比熱は、それを形成する不純物の量によって変化します。

• 自由度:モル比熱は、分子の動きの自由度によって変化します。

• モル質量:比熱は物質のモル質量に反比例し、物質のモル質量が大きくなるほど、比熱は低くなります。

• 分子間力:比熱は分子の分子間力に直接比例します。 物質の分子間の分子間結合が強ければ強いほど、それらを破壊するためのエネルギーが大きくなり、したがってその比熱も大きくなります。

比熱の計算式は何ですか?

比熱の式は次のとおりです。

\(c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T} \)

• c → 比熱、 \([J/(kg\cdot K)] \)または\(\text{[cal/g} \cdot \text{°C]} \)で測定されます。

• Q → ジュール\(\text{[J]} \)またはカロリー\(\text{[cal]} \)で測定される熱量。

• m → キログラム\([kg]\)またはグラム\([g]\)で測定される質量。

• \(ΔT\) → ケルビン\([K]\)または摂氏\([°C]\)で測定される温度変化。

ここで、温度変化は次の式で与えられます。

\(\デルタ T = T_{\text{f}} – T_{\text{i}} \)

• \(ΔT\) → ケルビン\([K]\)または摂氏\([°C]\)で測定される温度変化。

• \(T_{\text{f}} \) → 最終温度、ケルビン\([K]\)または摂氏\([°C]\)で測定。

• \(T_{\text{i}} \) → ケルビン\([K]\)または摂氏\([°C]\)で測定される初期温度。

重要:国際単位系 (SI) では、上記の量はジュール、キログラム、ケルビンで測定されますが、カロリー、グラム、摂氏でも測定されるのが一般的です。これを行うには、次の同等のものを使用するだけです。

• カロリーをジュールに換算すると、1 cal = 4.186 Jとなります。

• グラムからキログラム、1 g = 0.001 kg。

• 摂氏からケルビン、摂氏スケールの温度 + \(273.15\) 。

比熱はどのように計算されますか?

比熱は、熱量、物体の質量、物体が受けた温度変化に関連する式によって計算されます。

• 例：

750 cal を受け取り、 \(50 °C\)に達するまで温度を\(25 °C \) 変化させた質量 500 g の物体の比熱はいくらですか?

解決：

\(c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T} \)

\(c = \frac{Q}{m \cdot (T_{\text{f}} – T_{\text{i}})} \)

\(c = \frac{750}{500 \cdot (50-25)} \)

\(c = \frac{750}{500 \cdot (25)} \)

\(c=0.06 cal/g \cdot°C\​​)

すると、物体の比熱は \(0.06 cal/g \cdot°C\​​)となります。

比熱の計算方法の詳細については、ここをクリックしてください。

顕熱と潜熱の違い

顕熱は比熱に与えられた別の命名法であり、物理的状態に変化がない場合の潜熱とは異なります。

• 顕熱 (または比熱):物体または物質の物理的状態を変えることなく、その温度を 1 ℃ 変化させるのに必要な熱です。

• 潜熱:体の温度を変化させるのではなく、その物理的状態を変化させる熱です。

顕熱と潜熱の違いについて詳しくは、こちらをご覧ください。

比熱と熱容量

比熱と熱容量は密接な関係があります。熱容量とも呼ばれる熱容量は、温度を変化させるために物体が受け取るか寄付する必要がある熱量として定義できるからです。比熱とは異なり、それは質量のみに依存します。したがって、物体の質量が大きいほど、その熱容量は大きくなります。

比熱は、物質または材料の熱容量および質量との関係により、次の式を使用して計算できます。

\(c = \frac{C}{m} \)

• c → 比熱。 \([ J / kg \cdot K ]\)または\([ cal / g \cdot ° C ]\)で測定されます。

• C → 熱容量、 \([ J / K ]\)または\([ cal /° C ]\)で測定。

• m → キログラム\([ kg ]\)またはグラム\([ g ]\)で測定される質量。

モル比熱

モル比熱は、物質の凝集状態を変えずに温度を 1 ℃変化させる場合の、物質 1 モルあたりの比熱量を示します。これを行うには、物質の量をモルで表す必要があります。キログラムは分子の非常に大きな測定単位であり、1 モルは以下に相当します。

\(1 mol =6.02× {10} ^ {23} 元素 \ 単位\ の \ 物質 \)

たとえば、この値は、分子 1 モルがその分子の\(6.02× {10} ^ {23}\)原子に相当することを示します。

→ モル比熱の式

モル比熱は次の式を使用して計算されます。

\(c = \frac{Q}{m \cdot \Delta T} \)

• c → 比熱。 \([J/(mol \cdot K)]\)または\([cal/mol \cdot °C]\)で測定されます。

• Q → ジュール\([J]\)またはカロリー\([cal]\)で測定される熱量。

• m → モル単位で測定される物質の量。

• \(ΔT\) → ケルビン\([K]\)または摂氏\([°C]\)で測定される温度変化。