晴れた日にビーチを歩いていて、熱い砂浜で足を冷やすためにつま先を水に浸したことがあるなら、 水の比熱を利用しています。

どう聞こえるかもしれませんが、比熱は何かの正確な温度を指すわけではありません。これは、物質を加熱するのに必要なエネルギーに関係する、より大きな科学的概念です。この例でお気づきかと思いますが、 すべての物質が同じ速度で温まるわけではありません —したがって、砂と水の温度が異なります。

水の比熱は、その最も興味深い特性の 1 つです。 この記事では、比熱とは何か、比熱を求めるためにどのような式を使用するか、そして水の比熱が非常に高い理由について説明します。

コンロ、鍋、水、蒸気はすべて異なる比熱を持っています。

比熱とは何ですか?

比熱は、熱容量、つまり温度が変化したときに材料がどれだけの熱を蓄えることができるかの尺度です。 熱容量が大きいということは、物質が温度変化を示す前に多くの熱を吸収できることを意味します。鍋がストーブの上で触って温かくなるまでにかかる時間と、中の水が温まるまでにかかる時間を考えてください。 。つまり、水は熱容量が高く、温度が変化する前により多くの熱を蓄えることができます。

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比熱とは、物質の 1 単位質量を 1 度暖かくするのに必要な正確な熱量を指します。 例に戻ると、比熱は、水 1 単位 (カップ 1 度、1 度暖かくするなど) を作るのに必要な熱量を正確に特定します。

熱は実際にはエネルギー伝達の尺度であるため、次のように言うのがより正確です。 比熱は実際にはどれくらいの熱量を表すものですか エネルギー 物質は温度が 1 度変化する前に吸収されます。

比熱は通常、温度の尺度として摂氏を使用して、質量 1 グラムあたりのジュールとキロジュールで測定されます。キログラムと華氏が使用されることもありますが、それはまれです。

物質の比熱は温度と圧力の影響を受ける可能性があるため、比熱は通常、一定の温度と圧力、通常は摂氏 25 度で測定されます。

比熱の方程式は何ですか?

比熱を計算する式は次のとおりです。

$$Q = s × m × ΔT$$

$Q$ は熱量、$s$ は比熱 (${Joules}/{gram * °Celsius}$)、m は物質の質量 (グラム)、$ΔT$ は観測された熱の変化を表します。温度。

海水など、水の種類が異なれば、比熱も異なります。

水の比熱とは何ですか?

急速に熱くなる物質もあれば、ゆっくりと熱くなる物質もあります。 水は後者の 1 つです。水は温度を上げるためにより多くのエネルギーを必要とするため、高い比熱容量を持っています。

水の比熱容量は 4182 J/kg°C です。 水は非常に重要かつありふれた物質であるため、私たちは水 1 グラムを摂氏 1 度上げるのに必要なエネルギー量、つまりカロリーを特定する特別な方法さえ持っています。これは、私たちが食べ物で言うカロリーとは異なります。この種のカロリーは 1,000 カロリーに相当するため、食品関連のカロリーはキロカロリーまたは kcal と呼ばれることもあります。

水の比熱は、他の多くの一般的な物質よりもかなり高くなります。 たとえば、鉄の比熱は 449 J/kg°C、砂は 830 J/kg°C、オーク材の比熱は 2400 J/kg°C です。

それは、水は2つの水素原子と1つの酸素原子で構成されており、電気陰性であるためです。電気陰性の原子は、原子の一方の側が部分的に正の電荷を持ち、もう一方の側が部分的に負の電荷を持っているため、電子を自分自身に引き寄せる可能性が高くなります。逆に帯電した側は自然に互いに引き寄せられ、より弱い水素結合を形成します。 そのため、水はそれ自身を通り過ぎて流れることができますが、結合することもでき、常に結合を形成したり壊したりしています。

これらの結合は、液体の水の比熱が高い理由でもあります。水の加熱に投入されるエネルギーは、結合の切断と水の加熱に分割されます。このため、 水を加熱するには他の物質よりも多くのエネルギーが必要です。

たとえば、晴れた日にビーチにいる場合、砂の上を歩くとかなり熱いことがよくありますが、浅瀬であっても水は常に冷たく感じます。 これは、砂の比熱容量が低いためであり、温度を 1 度上昇させるのに必要なエネルギーが少なくなります。 水は熱容量が大きいため、温度を1度上げるためにはより多くのエネルギーが必要になります。太陽はほぼ一定の割合でエネルギーを放出し、砂はより速く加熱され、水はよりゆっくりと加熱されます。

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砂は水よりも比熱がはるかに低いため、すぐに熱くなります。

比熱表

ジュールとカロリーにまだ慣れていない場合、これらの数値は少し抽象的に見えるかもしれません。この表を見て、ジュールとカロリーの両方に基づく一般的な比熱を理解し、これらの物質がどのように熱くなるかについて知っていることと比較してください。

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