比热容

姓施的瓦辛格
北京科技大学 · 材料科学与工程博士
最近更新于2020.10.28 20:41 ,并经过2位同行评审,查看全部3个编审记录
冷却法测量金属的比热容

比热容,简称比热,亦称比热容量,是热力学中常用的一个物理量,它指单位质量的某种物质升高或下降单位温度所吸收或放出的热量。比热容越大,物体的吸热或散热能力越强。

中文名
比热容展开
英文名
Specific heat capacity展开
简称
比热展开
单位
J/(kg▪K)展开
符号
c展开
公式
c=Q/(m▪ΔT)展开

简介

比热容(Specific Heat Capacity,符号c),简称比热,亦称比热容量,是热力学中常用的一个物理量,表示物体吸热或散热能力。比热容越大,物体的吸热或散热能力越强。它指单位质量的某种物质升高或下降单位温度所吸收或放出的热量。其国际单位制中的单位是焦耳每千克开尔文[J/( kg · K )],即令1 kg的物质的温度上升1开尔文所需的能量。

物质的比热容越大,相同质量和温升时,需要更多热能。以水和油为例,水和油的比热容分别约为4200 J/(kg·K)和2000 J/(kg·K),即把相同质量的水加热的热能比油多出约一倍。若以相同的热能分别把相同质量的水和油加热的话,油的温升将比水的温升大。

历史

提出比热容的科学家约瑟夫·布拉克

最初是在18世纪,苏格兰的物理学家兼化学家约瑟夫·布拉克(Joseph Black)发现质量相同的不同物质,上升到相同温度所需的热量不同,而提出了比热容的概念。

几乎任何物质皆可测量比热容,如化学元素、化合物、合金、溶液以及复合材料。

历史上,曾以水的比热来定义热量,将1克水升高1度所需的热量定义为1卡路里。

定义及公式

比热容是指某物质加热所需的热能,此定理最基本便可得出:

其中,C为比热容,Q指所需的热能,m是指质量,  是指温差。

物质的比热与所进行的过程有关。在工程应用上常用的包括:定压比热容  、定容比热容  和饱和状态比热容三种。

  • 定压比热容     :是单位质量的物质在压力不变的条件下,温度升高或下降1 ℃或1 K所吸收或放出的能量。

  • 定容比热容     :是单位质量的物质在容积(体积)不变的条件下,温度升高或下降1 ℃或1 K吸收或放出的内能。

  • 饱和状态比热容:是单位质量的物质在某饱和状态时,温度升高或下降1 ℃或1 K所吸收或放出的热量。

应用

水的比热容较大,在工农业生产和日常生活中有广泛的应用。这个应用主要考虑两个方面,第一是一定质量的水吸收(或放出)很多的热而自身的温度却变化不大,有利于调节气候;第二是一定质量的水升高(或降低)一定温度吸热(或放热)很多,有利于用水作冷却剂或取暖。

调节气候

水库调节气候

水的比热容较大,对于气候的变化有显著的影响。在同样受热或冷却的情况下,水的温度变化较小,水的这个特征对气候影响很大,白天沿海地区比内陆地区温升慢,夜晚沿海温度降低少,为此一天中沿海地区温度变化小,内陆温度变化大,一年之中夏季内陆比沿海炎热,冬季内陆比沿海寒冷。当环境温度变化较快的时候,水的温度变化相对较慢。生物体内水的比例很高,有助于调节生物体自身的温度,以免温度变化太快对生物体造成严重损害。海陆风的形成原因与之类似。

冷却或取暖

水冷机箱
暖气片

人们很早就开始用水来冷却发热的机器,在电脑CPU散热中可以利用散热片与CPU核心接触,使CPU产生的热量通过热传导的方式传输到散热片上,然后利用风扇将散发到空气中的热量带走。但水的比热容远远大于空气,因此可以用水代替空气作为散热介质,通过水泵将内能增加的水带走,组成水冷系统。这样CPU产生的热量传输到水中后水的温度不会明显上升,散热性能优于上述直接利用空气和风扇的系统。

第一次世界大战和第二次世界大战当中,一些武器使用的是水冷式枪管;一些战斗机和轰炸机的引擎使用的是水冷式引擎。

我国北方楼房中的“暖气”用水作为介质,把燃料燃烧时产生的热量带到房屋中取暖。

农业生产

三亚水稻国家公园

水稻是一种喜温的农作物,在每年三四月份育苗的时候,在比较寒冷地区农民为了防止结霜之类的现象,农民普遍采用“浅水勤灌”的方法,就是傍晚在秧田里灌一些水过夜,第二天太阳升起的时候,再把秧田中的水放掉。根据水的比热较大的特性,在夜晚降温时,使秧苗的温度变化不大,对秧苗起了保温及保护的作用。

建筑居住

在炎热的夏天古人将水从房屋的顶部倒下,使水往下流,起了防暑降温作用。

推荐文献

推荐文献是由专业科研人员整理的有价值文献,可能未被正文引用
  • [1]

    大伦.热力学实用无机物热力学数据手册.冶金工业出版社,1981:

  • [2]

    梁英教, 车荫昌.无机物热力学数据手册.沈阳:东北大学出版社,1993:

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