晶格振动与声子

热容

把一把金属勺和一杯水一起放进同一个热烤箱里一分钟,勺子会烫得吓人,水却几乎没暖起来。水对改变自己的温度很顽固;勺子则很快就服了软。热容就是对这种顽固程度的度量:要让某样东西的温度升高一度,你必须灌进去多少能量。

当你给固体加热时,能量都用来让它的原子振动得更厉害——化作更多的晶格振动、更多的声子。一种热容高的材料,有许多种吸收能量的途径,所以在温度爬升很多之前,已经灌进去不少。在日常温度下,大多数固体共享着一个相近的简单数值,但随着它们变冷,量子规则把高能量的振动一个接一个地关掉,热容便随之下降,一路掉到绝对零度时的零。

从烹饪到气候再到发动机设计,热容无处不重要,而在历史上,它在低温下那古怪的行为,是「能量以量子小包出现」的一条关键线索。一个常见的混淆:热容不等于温度,也不等于储存的热。它是灌进去的能量与得到的度数之间的「兑换率」——多少燃料能换来一度。

一座沿海小镇气候温和,内陆的沙漠却在炙热的白昼和冰冷的夜晚之间剧烈摆荡。原因在于海水那巨大的热容:它白天吸进太阳的能量,夜里又缓缓放出,自身温度几乎不变,温柔地稳住了周围的空气。

水的高热容,正是海边温和、沙漠极端的原因。

当心两个相近的亲戚:「热容」针对整个物体,而「比热」是按每克或每个原子算的。海洋那巨大的热稳定性,既来自水高的比热,也来自它庞大的质量。

又称
specific heatthermal capacity比热