新品 混合固體比熱容的計(jì)算方式以及應(yīng)用
比熱容測(cè)試儀
比熱容是單位質(zhì)量的某種物質(zhì)升單位溫度所需的熱量。其際單位制中的單位是焦耳每千克攝氏度(J /(kg·K) 或 J /(kg·℃)，J是焦耳，K是熱力學(xué)溫標(biāo)，與攝氏度℃相等)，即令1千克的物質(zhì)的溫度上升(或下降)1攝氏度所需的能量。根據(jù)此定理，基本便可得出以下公式:
c=ΔE/mΔT(T末-T初)(中學(xué)教科書(shū)上是c=Q/m⊿t)
ΔE為吸收的熱量，中學(xué)的教科書(shū)里為Q;m是物體的質(zhì)量，⊿T是吸熱(放熱)后溫度所上升(下降)值，初中的教材里把ΔT寫(xiě)成Δt，其實(shí)這是很不規(guī)范的(我們生活中常用℃作為溫度的單位，很少用K，而且ΔT=Δt因此中學(xué)階段都用⊿t，但際上或者更等的科學(xué)域，還是使用⊿T)。
物質(zhì)的比熱容與所行的過(guò)程有關(guān)。在程應(yīng)用上常用的有定壓比熱容Cp、定容比熱容Cv和飽和狀態(tài)比熱容三種。
定壓比熱容Cp:是單位質(zhì)量的物質(zhì)在壓力不變的條件下，溫度升或下降1℃或1K所吸收或放出的能量。
定容比熱容Cv:是單位質(zhì)量的物質(zhì)在容積(體積)不變的條件下，溫度升或下降1℃或1K吸收或放出的內(nèi)能。
飽和狀態(tài)比熱容:是單位質(zhì)量的物質(zhì)在某飽和狀態(tài)時(shí)，溫度升或下降1℃或1K所吸收或放出的熱量。
單位
比熱容的單位是復(fù)合單位。
在際單位制中，能量、、熱量的主單位統(tǒng)為焦耳，溫度的主單位是開(kāi)爾文，因此比熱容的際單位為J/(kg·K)，讀作"焦[耳]每千克開(kāi)[爾文]"。([]內(nèi)的字可以省略。)
常用單位:J/(kg·℃)、J/(g·℃)、kJ/(kg·℃)、cal/(kg·℃)、kcal/(kg·℃)等。注意攝氏度和開(kāi)爾文僅在溫標(biāo)表示上有所區(qū)別，在表示溫差的量值意義上等價(jià)，因此這些單位中的℃和K可以意互相替換。例如"焦每千克攝氏度"和"焦每千克開(kāi)"是等價(jià)的。
比熱容表示物體吸熱(或散熱)能力的物理量
計(jì)算
設(shè)有質(zhì)量為m的物體，在某過(guò)程中吸收(或放出)熱量ΔQ時(shí)，溫度升(或降低)ΔT，則ΔQ/ΔT稱(chēng)為物體在此過(guò)程中的熱容量(簡(jiǎn)稱(chēng)熱容)，用C表示，即C=ΔQ/ΔT。用熱容除以質(zhì)量，即得比熱容c=C/m=ΔQ/mΔT。對(duì)于微小過(guò)程的熱容和比熱容，分別有C=dQ/dT，c=1/m*dQ/dT。因此，在物體溫度由T1變化到T2的有限過(guò)程中，吸收(或放出)的熱量Q=∫(T2,T1)CdT=m∫(T2,T1)cdT。
般情況下，熱容與比熱容均為溫度的函數(shù)，但在溫度變化范圍不太大時(shí)，可近似地看為常量。于是有Q=C(T2-T1)=mc(T2-T1)。如令溫度改變量ΔT=T2-T1，則有Q=cmΔT。這是中學(xué)中用比熱容來(lái)計(jì)算熱量的基本公式。
在英文中，比熱容被稱(chēng)為:Specific Heat Capacity(SHC)。
用比熱容計(jì)算熱能的公式為:Energy=Mass×Specific Heat Capacity×Temperature change
可簡(jiǎn)寫(xiě)為:Energy=SHC×Mass×Temp Ch，Q=cmΔT。
與比熱相關(guān)的熱量計(jì)算公式:Q=cmΔT 即Q吸(放)=cm(T初-T末) 其中c為比熱，m為質(zhì)量，Q為能量熱量。吸熱時(shí)為Q=cmΔT升(用實(shí)際升溫度減物體初溫)，放熱時(shí)為Q=cmΔT降(用實(shí)際初溫減降后溫度)?；蛘逹=cmΔT=cm(T末-T初)，Q>0時(shí)為吸熱，Q<0時(shí)為放熱。
(涉及到物態(tài)變化時(shí)的熱量計(jì)算不能直接用Q=cmΔT，因?yàn)椴煌镔|(zhì)的比熱容般不同，發(fā)生物態(tài)變化后，物質(zhì)的比熱容變化了。)
折疊編輯本段歷史
初是在18紀(jì)，蘇格蘭的物理學(xué)家兼化學(xué)家J.布萊克發(fā)現(xiàn)質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，上升到相同溫度所需的熱量不同，而提出了比熱容的概念。幾乎何物質(zhì)皆可測(cè)量比熱容，如化學(xué)元素、化合物、合金、溶液，以及復(fù)合材料。
歷史上，曾以水的比熱來(lái)定義熱量，將1克水升1度所需的熱量定義為1卡路里。
混合物的比熱容
加平均計(jì)算:
c=ΣC/ΣM=(m1c1+m2c2+m3c3+…)/(m1+m2+m3+…)。
氣體的比熱容
定義:
Cp 定壓比熱容:壓強(qiáng)不變，溫度隨體積改變時(shí)的熱容，Cp=dH/dT，H為焓。
Cv 定容比熱容:體積不變，溫度隨壓強(qiáng)改變時(shí)的熱容，Cv=dU/dT，U為內(nèi)能。
則當(dāng)氣體溫度為T(mén)，壓強(qiáng)為P時(shí)，提供熱量dQ時(shí)氣體的比熱容:
Cp*m*dT=Cv*m*dT+PdV;
其中dT為溫度改變量，dV為體積改變量。
理想氣體的比熱容:
對(duì)于有f 個(gè)自由度的氣體的定容比熱容和摩爾比熱容是:
Cv,m=R*f/2
Cv=Rs*f/2
R=8.314J/(mol·K)
邁耶公式:Cp=Cv+R
比熱容比:γ=Cp/Cv
多方比熱容:Cn=Cv-R/(n-1)=Cv*(γ-n)/(1-n)
對(duì)于固體和液體，均可以用比定壓熱容Cp來(lái)測(cè)量其比熱容，即:C=Cp (用定義的方法測(cè)量 C=dQ/mdT)。
Dulong-Petit 規(guī)律:
金屬比熱容有個(gè)簡(jiǎn)單的規(guī)律，即在定溫度范圍內(nèi)，所有金屬都有固定的摩爾熱容:
Cp≈25J/(mol·K)
所以
cp=25/M，
其中M為摩爾質(zhì)量，比熱容單位J/(kg·K)。
注:當(dāng)溫度遠(yuǎn)低于200K時(shí) 關(guān)系不再成立，因?yàn)閷?duì)于T趨于0，C也將趨于0。
應(yīng)用
水的比熱容較大，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中有廣泛的應(yīng)用。這個(gè)應(yīng)用主要考慮兩個(gè)方面，是定質(zhì)量的水吸收(或放出)很多的熱而自身的溫度卻變化不大，有利于調(diào)節(jié)氣候;二是定質(zhì)量的水升(或降低)定溫度吸熱(或放熱)很多，有利于用水作冷卻劑或取暖。
、調(diào)節(jié)氣候
水的比熱容較大，對(duì)于氣候的變化有顯著的影響。在同樣受熱或冷卻的情況下，水的溫度變化小些，水的這個(gè)征對(duì)氣候影響很大，白天沿海地區(qū)比內(nèi)陸地區(qū)溫升慢，夜晚沿海溫度降低少，為此天中沿海地區(qū)溫度變化小，內(nèi)陸溫度變化大，年之中夏季內(nèi)陸比沿海炎熱，冬季內(nèi)陸比沿海寒冷。海陸風(fēng)的形成原因與之類(lèi)似。
1.對(duì)氣溫的影響
據(jù)新華社消息，三峽水庫(kù)蓄水后，這個(gè)界上大的人湖將成為個(gè)天然"空調(diào)"，使山城重慶的氣候冬暖夏涼。據(jù)估計(jì)，夏天氣溫可能會(huì)因此下降5℃，冬天氣溫可能會(huì)上升3到4℃。
2.熱島效應(yīng)的緩解
晴朗無(wú)風(fēng)的夏日，海島上的地面氣溫，于周?chē)Ｉ蠚鉁?，并因此形成海風(fēng)環(huán)流以及海島上空的積云對(duì)流，這是海洋熱島效應(yīng)的表現(xiàn)。近年來(lái)，由于城市人口集中，業(yè)發(fā)達(dá)，交通擁塞，大氣污染嚴(yán)重，且城市中的建筑大多為石頭和混凝土建成，在溫度的空間分布上， 城市猶如個(gè)溫暖的島嶼，從而形成城市熱島效應(yīng)。在緩解熱島效應(yīng)方面，家測(cè)算，個(gè)中型城市環(huán)城綠化帶樹(shù)苗長(zhǎng)成濃蔭后，綠化帶常年涵養(yǎng)水源相當(dāng)于座容積為1.14×10m的中型水庫(kù)，由于水的比熱容大，能使城區(qū)夏季溫下降1℃以上，有效緩解日益嚴(yán)重的"熱島效應(yīng)"。
水庫(kù)的建立，水的增加，而水的比熱容大，在同樣受冷受熱時(shí)溫度變化較小，從而使夏天的溫度不會(huì)升得比過(guò)去，冬天的溫度不會(huì)下降的比過(guò)去低，使溫度保持相對(duì)穩(wěn)定，從而水庫(kù)成為個(gè)巨大的"天然空調(diào)"。
二、冷卻或取暖
1.水冷系統(tǒng)的應(yīng)用
人們很早就開(kāi)始用水來(lái)冷卻發(fā)熱的機(jī)器，在電腦CPU散熱中可以利用散熱片與CPU核心接觸，使CPU產(chǎn)生的熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式傳輸?shù)缴崞希缓罄蔑L(fēng)扇將散發(fā)到空氣中的熱量帶走。但水的比熱容遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空氣，因此可以用水代替空氣作為散熱介質(zhì)，通過(guò)水泵將內(nèi)能增加的水帶走，組成水冷系統(tǒng)。這樣CPU產(chǎn)生的熱量傳輸?shù)剿泻笏臏囟炔粫?huì)明顯上升，散熱性能優(yōu)于上述直接利用空氣和風(fēng)扇的系統(tǒng)。
熱機(jī)(例如汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)等)的冷卻系統(tǒng)也用和水做為冷卻液，也是利用了海水的比熱容大這性。
2.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用
水稻是喜溫作物，在每年三四月份育苗的時(shí)候，為了防止霜凍，農(nóng)民普遍采用"淺水勤灌"的方法，即傍晚在秧田里灌些水過(guò)夜，二天太陽(yáng)升起的時(shí)候，再把秧田中的水放掉。根據(jù)水的比熱容大的性，在夜晚降溫時(shí)，使秧苗的溫度變化不大，對(duì)秧苗起了保溫作用。
3.熱水取暖
冬季供熱用的散熱器、暖水袋。
4.其他
諸如在炎熱的夏天古代皇室用流水從屋上流下，起了防暑降溫作用;夏威夷是太平洋深處的個(gè)島，那里氣候宜人，是旅游度假的圣地，除了景色誘人之外，還有個(gè)主要原因就是冬暖夏涼。
其它信息參見(jiàn)詞條定壓比熱容、定容比熱容。
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