熱性質
比熱(specific heat)
水很會蓄熱是出了名的——沿海城鎮氣候比較溫和,就是因為海水升溫、降溫都慢。比熱(specific heat)是把熱容裡的量拿掉之後剩下的東西:讓一公斤(或一莫耳)材料升高一度所需的能量。它告訴你,同樣一公斤,哪種材料才是更厲害的熱海綿。
比熱 c 是熱容除以質量,c = C/m,單位是 J/kg-K(以質量計)或 J/mol-K(以莫耳計)。水的數值很大,約 4186 J/kg-K;鋁約 900、銅約 385、鉛約 130。所以要把一公斤水加熱同樣的溫度,大約要比一公斤銅多花 11 倍的能量。若改以莫耳為基準,畫面會變得出奇簡單:室溫下大多數固態元素都落在約 25 J/mol-K 附近(杜隆-珀蒂值),因為一莫耳永遠含有同樣多的原子,而每個振動原子儲存的能量都差不多。實用公式是 Q = m x c x dT。
比熱引導冷卻劑與蓄熱材料的選用(水是絕佳冷卻劑,一部分原因就是比熱高)、決定建築物的熱質量,也可用 DSC(微差掃描熱量法)直接量測,藉此找出熔點與玻璃轉化溫度。誠實的提醒:比熱其實並非真正固定——它隨溫度上升,並在相變附近急劇飆高,因此手冊上那個平坦的數值只是室溫近似值。
鋁(c 約 900 J/kg-K)對上銅(約 385):要讓各 1 公斤都升高 100 度 C,鋁需要 90 kJ,銅卻只要 38.5 kJ。以質量計銅比較省熱,但換成以莫耳計,兩者都接近 25 J/mol-K。
以公斤計,各材料的比熱差很多;以莫耳計,大多數固體卻都收斂到杜隆-珀蒂值附近。
重原子每公斤的比熱小,並不是因為每個原子儲存的能量比較少,而是因為一公斤裡面裝的原子數比較少——換成每莫耳,數值幾乎一樣。
又称
另见