比热和比热容的区别_比热与比热容

比热和比热容的区别_比热与比热容

定义

　　比热容(specific heat capacity)又称比热容量，简称比热(specific heat)，是单位质量物质的热容量，即使单位质量物体改变单位温度时的吸收或释放的内能。比热容是表示物质热性质的物理量。通常用符号c表示。

　　物质的比热容与所进行的过程有关。在工程应用上常用的有定压比热容Cp、定容比热容Cv和饱和状态比热容三种，定压比热容Cp是单位质量的物质在比压不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量；定容比热容Cv是单位质量的物质在比容不变的条件下，温度升高或下降1℃或1K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1K所吸收或放出的热量。

　　在中学范围内，简单（不严格）的定义为：

　　单位质量的某种物质温度升高1℃吸收的热量（或降低1℃释放的热量）叫做这种物质的比热容。

单位

　　比热的单位是复合单位。

　　在国际单位制中，能量、功、热量的主单位统一为焦耳，温度的主单位是开尔文，因此比热容的主单位为J/(kg·K)，读作“焦[耳]每千克开”。（[]内的字可以省略。）

　　常用单位：kJ/(kg·℃)、cal/(kg·℃)、kcal/(kg·℃)等。注意摄氏度和开尔文仅在温标表示上有所区别，在表示温差的量值意义上等价，因此这些单位中的℃和K可以任意互相替换。例如“焦每千克摄氏度”和“焦每千克开”是等价的。

相关计算

　　设有一质量为m的物体，在某一过程中吸收（或放出）热量ΔQ时，温度升高（或降低）ΔT，则ΔQ/ΔT称为物体在此过程中的热容量（简称热容），用C表示，即C=ΔQ/ΔT。用热容除以质量，即得比热容c=C/m=ΔQ/mΔT。对于微小过程的热容和比热容，分别有C=dQ/dT，c=1/m*dQ/dT。因此，在物体温度由T1变化到T2的有限过程中，吸收（或放出）的热量Q=∫(T2,T1)CdT=m∫(T2,T1)CdT。

　　一般情况下，热容与比热容均为温度的函数，但在温度变化范围不太大时，可近似地看为常量。于是有Q=C(T2-T1)=mc(T2-T1)。如令温度改变量ΔT=T2-T1，则有Q=cmΔT。这是中学中用比热容来计算热量的基本公式。

　　在英文中，比热容被称为：Sepcific Heat Capacity(SHC)。

　　用比热容计算热能的公式为：Energy=Mass×Specific Heat Capacity×Tempreture change

　　可简写为：Energy=Mass×SHC×Temp Ch，Q=mcΔt。

　　与比热相关的热量计算公式：Q=cmΔt 即Q吸（放）=cm(t-t1) 其中c为比热，m为质量，t为末温，t1为初温，Q为能量。 吸热时为Q=cmΔt升（用实际升高温度减物体初温），放热时为Q=cmΔt降（用实际初温减降后温度）。或者Q=cmΔt=cm(t末-t初)，Q>0时为吸热，Q<0时为放热。

　　（涉及到物态变化时的热量计算不能直接用Q=cmΔt，因为不同物质的比热容一般不同，发生物态变化后，物质的比热容变化了。）

　　混合物的比热容：

　　加权平均计算：

　　c=ΣC/ΣM=(m1c1+m2c2+m3c3+…)/(m1+m2+m3+…)。

　　气体的比热容

　　定义：

　　Cp 定压比热容：压强不变，温度随体积改变时的热容。

　　Cv 定容比热容：体积不变，温度随压强改变时的热容。

　　则当气体温度为T，压强为P时，提供热量dQ时气体的比热容：

　　Cp*m*dT=Cv*m*dT+PdV；

　　其中dT为温度改变量，dV为体积改变量。

　　理想气体的比热容：

　　对于有f 个自由度的气体的定容比热容和摩尔比热容是：

　　Cv,m=R*f/2

　　Cv=Rs*f/2

　　R=8.314J/(mol·K)

　　对于固体和液体，均可以用比定压热容Cp来测量其比热容，即：C=Cp （用定义的方法测量 C=dQ/mdT) 。

　　Dulong-Petit 规律：

　　金属比热容有一个简单的规律，即在一定温度范围内，所有金属都有一固定的摩尔热容：

　　Cp≈25J/(mol·K)

　　所以

　　cp=25/M，

　　其中M为摩尔质量，比热容单位J/(mol·K)。

　　注：当温度远低于200K时 关系不再成立，因为对于T趋于0，C也将趋于0。

　　比热表：常见物质的比热容

　　物质 比热容c

　　水 4.2

　　冰 2.1

　　酒精 2.1

　　煤油 2.1

　　蓖麻油 1.8

　　橡胶 1.7

　　砂石 0.92

　　干泥土 0.84

　　玻璃 0.67

　　铝 0.88

　　钢铁 0.46

　　铜 0.39

　　汞 0.14

　　铅 0.13

　　对上表中数值的解释：

　　(1)比热此表中单位为kJ/(kg·K)；

　　(2)水的比热较大，金属的比热更小一些；

　　(3)c铝>c铁>c钢>c铅 (c铅<c铁<c钢<c铝)。

　　补充说明：

　　⒈不同的物质有不同的比热，比热是物质的一种特性，因此，可以用比热的不同来（粗略地）鉴别不同的物质（注意有部分物质比热相当接近）；

　　⒉同一物质的比热一般不随质量、形状的变化而变化，如一杯水与一桶水，它们的比热相同；

　　⒊对同一物质，比热值与物态有关，同一物质在同一状态下的比热是一定的（忽略温度对比热的影响），但在不同的状态时，比热是不相同的。例如水的比热与冰的比热不同。

　　⒋在温度改变时，比热容也有很小的变化，但一般情况下可以忽略。比热容表中所给的比热数值是这些物质在常温下的平均值。

　　⒌气体的比热容和气体的热膨胀有密切关系，在体积恒定与压强恒定时不同，故有定容比热容和定压比热容两个概念。但对固体和液体，二者差别很小，一般就不再加以区分。

　　常见气体的比热容（单位：kJ/(kg·K)）

　　Cp　Cv

　　氧气 0.909　0.649

　　氢气 14.05　9.934

　　水蒸汽 1.842　1.381

　　氮气 1.038　0.741

　　水的比热容较大这一性质的应用

　　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多，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。

　　一、利用水的比热容大来调节气候

　　水的比热较大，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，水的温度变化小一些，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。海陆风的形成原因与之类似。

　　1．对气温的影响

　　据新华社消息，三峡水库蓄水后，这个世界上最大的人工湖将成为“空调”，使山城重庆的气候冬暖夏凉。据估计，夏天气温可能会因此下降５℃，冬天气温可能会上升３到４℃。

　　2．热岛效应的缓解

　　晴朗无风的夏日，海岛上的地面气温，高于周围海上气温，并因此形成海风环流以及海岛上空的积云对流，这是海洋热岛效应的表现。近年来，由于城市人口集中，工业发达，交通拥塞，大气污染严重，且城市中的建筑大多为石头和混凝土建成，在温度的空间分布上, 城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。在缓解热岛效应方面，专家测算，一个中型城市环城绿化带树苗长成浓荫后，绿化带常年涵养水源相当于一座容积为1.14×10m的中型水库，由于水的比热容大，能使城区夏季高温下降1℃以上，有效缓解日益严重的“热岛效应”。

　　水库的建立，水的增加，而水的比热容大，在同样受冷受热时温度变化较小，从而使夏天的温度不会升得比过去高，冬天的温度不会下降的比过去低，使温度保持相对稳定，从而水库成为一个巨大的“天然空调”。

　　二、利用水的比热容大来冷却或取暖

　　1．水冷系统的应用

　　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。

　　热机（例如汽车的发动机，发电厂的发电机等）的冷却系统也用水做为冷却液，也是利用了水的比热容大这一特性。

　　2．农业生产上的应用

　　水稻是喜温作物，在每年三四月份育苗的时候，为了防止霜冻，农民普遍采用“浅水勤灌”的方法，即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。根据水的比热容大的特性，在夜晚降温时，使秧苗的温度变化不大，对秧苗起了保温作用。

　　3．热水取暖

　　冬季供热用的散热器、暖水袋。

　　4．其他

　　诸如在炎热的夏天古代皇室用流水从屋顶上流下，起了防暑降温作用；夏威夷是太平洋深处的一个岛，那里气候宜人，是旅游度假的圣地，除了景色诱人之外，还有一个主要原因就是冬暖夏凉。

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