あなたがビーチに出たとき、水は冷たいのに、砂は熱いことに気がつきましたか？ 太陽の位置は同じなのに、なぜこのように温度が違うのでしょうか？ と考えたことはありませんか？ 固体や液体の元素は、熱を与えると温度が上がります。 同じ量の熱を2つの異なる種類の固体に与えた場合、温度の上昇は両方の固体で異なる可能性があります。 つまり、固体の性質に応じて、温度の上昇が異なるのです。 この現象を比熱容量といいます。
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定義
つまり固体や液体の比熱とは、その固体の単位質量の温度を1°C上昇させる熱量のことです。 S.I.単位では、1kgの固体または液体の温度を1K上昇させる熱量です。
S.I.システムでの比熱の単位は、常にJ kg-1 K-1、CGSはcal g-1 C-1で示されます。 質量Mの温度を△T上昇させるのに必要な熱量△Qがあれば、比熱の式は次のように与えられます。
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C= ∆Q/m*∆T または ∆Q=m C ∆T.
モル比熱
物質の固体や液体のモル比熱とは、固体や液体の1モルの温度を1Kまたは1°C上昇させるために提供する熱のことで、Cと表します。単位はJ mol-1K-1です。
物質のモル比熱容量とは、その物質の1グラムの分子の温度を1℃上げるために必要な熱量のことです。 水の比熱を1とすると、Cで表されます。
Specific Heat at Constant Pressure or Volume
- 小さな温度範囲で加熱しても固体の体積は一定です。 これを体積一定の比熱といいます。
- 小さな温度範囲で加熱したとき、固体の圧力は一定である。
熱を供給したときの気体の挙動、温度による圧力と体積の変化、1gmの気体の温度を1℃上げるのに必要な熱量は、気体の加熱の仕方によって異なります。
したがって、比熱は無限の値を持っています。 気体の比熱は、一定の熱量を供給しなければ一定になりません。 そこで、体積や圧力が一定の状態で比熱を持つ必要があります。 理想気体の場合、
CP – CV = nR
ここで、C Pは定圧時の熱容量、C Vは定容時の熱容量、nは物質量、R=8.
応用編
- 調理器具には比熱の小さい材料が使われています。 そのため、底面を素早く加熱することができます。 これは、底面がアルミや銅で磨かれているからです。
- インシュレーターは比熱の高い素材を使っています。 例えば、木です。
- 水の比熱が高いため、プールでは外気温に比べて水が冷たくなっています。
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Question For You
Q. モル比熱の定義を教えてください。
Ans: 固体や液体の場合、1モルの固体や液体の温度を1Kまたは1°C上昇させるのに必要な熱量です。