熱量
熱量
『熱運動』項で、熱とは熱運動の運動エネルギーのことであると説明しましたが、その熱の量を熱量といいます＊熱量のことを単に熱といってしまうこともあります。電気量のことを電荷といってしまうのと同じです。
閉じる。エネルギーの一種なので、単位は [J] ジュール です。仕事や運動エネルギーや位置エネルギーと同じ単位です。昔は [cal] カロリー という単位が使われていましたが、現在は物理では [J] を使うことになっています。しかし、高校物理ではときどき [cal] が出てきます。（物理とは直接関係ないですが、栄養学の分野ではもっぱら [cal] を使います。）
熱容量
物体の温度を 1K（いちけるびん）上げるのに必要な熱量を、その物体の熱容量といいます。単位は [J/K] ジュール毎ケルビン です。熱容量は熱の含有可能量とでもいうべき量です。
物体の質量が大きければ温度を 1K 上げるのにその分大きな熱量が必要になります。つまり物体の熱容量が大きいということです。また、温度を 1K でなく、もっと上げるとなるとその分大きな熱量が必要になります。ですので、熱容量 C [J/K] の物体の温度を、ΔT [K] だけ上昇させるのに必要な熱量 Q [J] は、
熱容量 C
Q = CΔT
となります。＊量記号の Q は heat Quantity（熱量）から、C は heat Capacity（熱容量）から、T は Temperature（温度）から。
T でなく ΔT であるので、セ氏温度 [℃] と考えても絶対温度 [K] と考えてもどちらでも大丈夫です。
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比熱
物体の質量が大きければ熱容量は大きくなりますが、物質の種類によっても熱容量は変わってくるはずです。そこで、単位質量当たりの熱容量を考え、物質の種類による熱容量の違いを表したものが比熱（比熱容量）という量です。物質 1g 当たりの熱容量です。（1kg ではありません）。熱容量を [g] で割ったものです。1g の物質の温度を 1K 上げるのに必要な熱量です。単位は [J/(g⋅K)] ジュール毎グラム毎ケルビン です。比熱が大きい物質は熱の含有可能量が大きく、温まりにくく、冷めにくいです。
比熱 c [J/(g⋅K)]、質量 m [g] の物体の熱容量 C [J/K] は、
C = mc
であり、この物体の温度を ΔT [K] だけ上昇させるのに必要な熱量 Q [J] は、
比熱 c
Q = mcΔT
となります。
mcΔT ： 熱量。物質の種類と量と温度による。
mcΔT ： 熱容量。物質の種類と量による。
mcΔT ： 比熱。物質の種類による。
| 物質 | 比熱 [J/(g⋅K)] |
|---|---|
| 水 | 4.2 |
| 氷 | 2.1 |
| なたね油 | 2.0 |
| アルミニウム | 0.88 |
| 鉄 | 0.44 |
| 銅 | 0.38 |
| 鉛 | 0.13 |
| 石 | 約0.84 |
| 木材 | 約1.3 |
厳密には温度によって比熱の値は変わります。
水の比熱は結構大きいです。湯たんぽに適しています。水 1g の温度を 20℃ から 21℃ に上げるのに 4.2J ものエネルギーが必要であり、逆に、1g の水が 21℃ から 20℃ に下がったときには周りに 4.2J ものエネルギーを放出します。
水の比熱の値 4.2 というのはもうちょっと詳しくいいますと 4.19 であり、これは熱の仕事当量の値でもあります。
比熱と紛らわしい物理量が熱伝導率です。これは熱の伝わりやすさを表わす指標です。（比熱は熱の含有可能量を表わす指標です）。鉄や銅の熱伝導率は水よりも遥かに大きいです。