什麼是比熱容?
比熱容(c)指的是讓單位質量的物質溫度上升一度所需要吸收的熱量。它是物質一項基本的熱學性質,也能說明為什麼有些材料一加熱就升溫,而像水這類物質卻不容易改變溫度。本計算器會利用實驗測得的熱量、質量與溫度變化,反推出比熱容 \(c\)。
如何使用本計算器
請輸入熱量 Q(單位:焦耳)、質量 m(單位:公克),以及初始溫度(T1)與最終溫度(T2)(單位:攝氏度)。計算器會先求出溫度變化 \(\Delta T = T_2 - T_1\),再把 \(Q\) 除以質量與 \(\Delta T\) 的乘積,得到以焦耳每公克每攝氏度 \(\text{J/(g}\cdot\text{°C)}\) 為單位的比熱容。
公式解析
核心算式為
$$c = \frac{Q}{m \times \Delta T}$$是由經典熱量公式 \(Q = m \cdot c \cdot \Delta T\) 移項而來。其中 \(Q\) 是吸收的熱量(焦耳),\(m\) 是質量,\(\Delta T\) 則是溫度變化。由於攝氏度的「一度變化量」與克耳文(Kelvin)的「一度變化量」相等,因此不論你用 °C 還是 K 來思考,算出來的結果都一樣。
範例試算
假設 4180 J 的熱量讓 100 g 的水從 20 °C 升到 30 °C。溫度變化為 \(\Delta T = 30 - 20 = 10\ \text{°C}\),則
$$c = \frac{4180}{100 \times 10} = \frac{4180}{1000} = 4.18\ \text{J/(g}\cdot\text{°C)}$$——這正是大家熟知的液態水比熱值。
常見問題
這裡用的是什麼單位?Q 以焦耳計、質量以公克計、溫度以 °C 計,算出的 \(c\) 單位為 \(\text{J/(g}\cdot\text{°C)}\)。若要換算成 \(\text{J/(kg}\cdot\text{°C)}\),把結果乘以 1000 即可。
為什麼兩個溫度必須不同?如果 T1 等於 T2,\(\Delta T\) 就會是零,公式變成除以零而無法計算比熱容,因此務必使用兩個不同的溫度值。
可以用克耳文(Kelvin)嗎?可以。克耳文的溫度差與攝氏度的溫度差完全相同,所以算出的 \(c\) 不會有任何改變。