熱性質

熱容(heat capacity)

拿一鍋水和一鍋等重的食用油,放在完全相同的爐火上,油會熱得快很多。熱容(heat capacity)回答的問題是:要讓這個物體升高一度,我必須灌進多少熱量?熱容大代表這個物體像一塊熱海綿,吸掉大量能量卻只升溫一點點。

熱容 C 定義為 C = dQ/dT,也就是每升高一度(以克耳文 K 或攝氏度計;溫度變化 1 K 等於變化 1 度 C)所需的熱量 Q(以焦耳計)。它是外延性質(extensive property),與物質的量有關:兩公升的水,熱容是一公升的兩倍。單位是 J/K。原子把吸進來的能量儲存為在晶格位置上更劇烈的振動,因此熱容其實在衡量材料能把能量灌進多少個振動模式。實務上有兩種量法:定壓熱容 Cp(一般實驗情況,試片可自由膨脹)與定容熱容 Cv;Cp 略大,因為有一部分熱要用來做膨脹的功。

熱容決定一個零件升溫或降溫的快慢:厚重的鑄鐵鍋能蓄熱、受熱均勻,薄薄的鋁箔則瞬間就熱。工程師在計算爐料、煞車碟或建築物熱質量會吸收多少能量時都會用到它。別把整個物體的熱容(隨尺寸變大)和材料每公斤的數值(比熱,一種與尺寸無關的材料性質)搞混——前者看大小,後者才是材料本身的性質。

讓 1 公斤的水升高 50 度 C 需要 Q = m x c x dT = 1 x 4186 x 50,大約 209 kJ,差不多等於一小條巧克力所含的能量,這也是為什麼燒開一壺水要花上幾分鐘。

熱容的實例:水的數值很大,所以它升溫慢、降溫也慢。

熱容是外延性質(與你有多少材料有關);不隨尺寸改變的材料性質是比熱。一大壺水和一杯同樣的水,熱容不同,但比熱相同。

又称
thermal capacity熱容量