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{{About|[[熱力學]]的物理量|[[法国]]的一个[[法国传统地区|地区]]|比热 (地区)}}
{{NoteTA
|G1=Physics
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{{熱力學|expanded=材料性质}}
'''比熱容'''（{{lang-en|'''specific heat capacity'''}}，符號'''c或s'''），簡稱'''比熱'''，亦稱'''比熱容量，比熱容積'''，是[[熱力學]]中常用的一个物理量，在數值上等於[[單位 (度量衡)|單位]][[質量]]的某種[[物質]]升高或下降單位[[温度]]所吸收或放出的[[熱量]]。比熱容可用來衡量物質(同種相態下)在吸熱或放熱時，其溫度上升或下降的難易程度。其國際單位制中的單位是[[焦耳]]每[[千克]][[開爾文]][J/( kg · K )]，即令1公斤的物質的溫度上升1开尔文所需的能量。根據此定理，最基本便可得出以下公式：
: <math>c = \frac{Q}{m \Delta T}\,\!</math>
: 其中Q是能量，單位是[[焦耳]]（J）。m是質量，單位是[[千克]]（kg）。 ΔT是温度變化，单位是[[开尔文]]（K）。 當比熱容越大，該物質便需要更多熱能来加熱。以[[水]]和[[油]]為例，水和油的比熱容分別约为4200 J/(kg·K)和2000 J/(kg·K)，即把水加熱所需熱能是油所需热能的約2.1倍。若以相同的熱能分別把水和油加熱的話，油的温升將比水的温升大。
比熱容的符號是'''c'''，必須為小写，而大写'''C'''則為[[熱容]]的符號。以水為例，一千克（kg）重的[[水]]需要4200[[焦耳]]（J），温度能升高一开尔文（K）。根據比熱容，便可得出水的比热容：
:<math>c = 4184J\,kg^{-1}\,K^{-1}\,\!</math>

在[[国际单位制|國際單位制]]中，比热容的单位为“焦耳每千克开尔文”。也可读作焦每千克开、焦耳每千克凯尔文、焦耳每公斤克耳文等。写作J/( kg · K )。焦耳每千克[[摄氏温标|摄氏度]][J/( kg · ℃ )]与焦耳每千克开尔文在数值上等同。

==歷史==
[[File:Black Joseph.jpg|thumb|提出'''比熱容'''的科學家[[約瑟夫·布拉克]]。]]
最初在18世紀，[[蘇格蘭]]的[[物理學家]]兼[[化學家]][[約瑟夫·布拉克]]發現質量相同的不同物質，上升到相同溫度所需的熱量不同，而提出了比熱容的概念。

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。在[[标准大气压]]下，将1克水升高1摄氏度所需的热量定义为1[[卡路里]]。

==定義及公式==
比熱容是指某物質加熱所需的熱能，此定理最基本便可得出：
:<math>s = \frac{H}{m \Delta T}\,\!</math>
*此公式上，<math>s</math>是比熱容；<math>H</math>是所需的[[熱能]]；<math>m</math>是[[質量]]；<math>\Delta T</math>是溫差。


加上單位後，比熱容便指某物質重一公斤（kg），加熱一[[攝氏度]]（℃）或熱力學溫標（K）所需的[[焦耳]]（J），也就是比熱容的單位：
:<math>J \, kg^{-1} \, ^\circ C^{-1} \,\!</math>

物質的比熱與所進行的過程有關。在工程應用上常用的包括：定壓比熱容<math>C_p</math>、定容比熱容<math>C_v</math>和飽和狀態比熱容三種。

1.定壓比熱容<math>C_p</math>：是單位質量的物質在壓力不變的條件下，溫度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的能量。

2.定容比熱容<math>C_v</math>：是單位質量的物質在容積（體積）不變的條件下，溫度升高或下降1℃或1K吸收或放出的內能。

3.飽和狀態比熱容：是單位質量的物質在某飽和狀態時，溫度升高或下降1℃或1K所吸收或放出的熱量。

==比熱容計算==
設有一質量為m的物體，在某一過程中吸收（或放出）熱量ΔH時，溫度升高（或降低）ΔT，則ΔH/ΔT稱為物體在此過程中的熱容量（簡稱熱容），用C表示，即<math>C=\frac{\Delta H}{\Delta T}</math>。用熱容除以質量，即得比熱容<math>c=\frac{C}{m}= \frac{\Delta H}{m\Delta T} </math>。對於微小過程的熱容和比熱容，分別有<math>C=\frac{dH}{dT}</math>，C=1/m*dH/dT。因此，在物體溫度由T1變化到T2的有限過程中，吸收（或放出）的熱量H=∫（T2,T1）CdT=m∫（T2,T1）cdT。一般情況下，熱容與比熱容均為溫度的函數，但在溫度變化範圍不太大時，可以近似值視為一常數。於是產生一公式<math>H=C (T2-T1)=mc (T2-T1)</math>。如令溫度改變量<math>\Delta T=T2-T1</math>，則有<math>H=cm\Delta T</math>。這是用比熱容來計算熱量的基本公式。

在英文中，比熱容被稱為：Specific Heat Capacity (SHC)。用比熱容計算熱能的公式為：Energy=Mass×Specific Heat Capacity×Temperature change
可簡寫為：Energy=SHC×Mass×Temp Ch，<math>H=cm\Delta T</math>。與比熱相關的熱量計算公式：<math>H=cm\Delta T</math>即H吸（放）=cm（T初-T末）其中c為比熱，m為質量，H為能量熱量。吸熱時為<math>H=cm\Delta T</math>升（用實際升高溫度減物體初溫），放熱時為<math>H=cm\Delta T</math>降（用實際初溫減降後溫度）。或者H=cmΔT=cm（T末-T初），H>0時為吸熱，H<0時為放熱。
（涉及到物態變化時的熱量計算不能直接用H=cmΔT，因為不同物質的比熱容一般不相同，發生物態變化後，物質的比熱容就會有所變化。）

最基本的比熱容計算，可以一次實驗得出。以下為一例子。首先，將兩公斤的[[水]]倒入一個杯中，然後計算其溫度，假設溫度為20[[攝氏度]]。然後，把水加熱，並計算用掉的能量（例如使用[[電度錶]]）。然後，停止加熱，並計算其溫度及使用了的[[能量]]。假設溫度為60[[攝氏度]]及能量使用了312[[焦耳|千焦耳]]。然後，運用公式<math>s = \frac{H}{m \Delta T}\,\!</math>計算出其比熱容：
:<math>s = \frac{312000}{2 \times (60-20)}\,\!</math>
:<math>= 3900 J \, kg^{-1} \, ^\circ C^{-1}\,\!</math>
可能最後得出的數字比實際數字有所不同，主要因素是受到外圍溫度影響。

==因素==
物質的比熱容和熱容都會在不同因素下有不同的影響，例如[[溫度|溫差]]、[[相態|物質狀態]]等，主要都是分子壓力的差別。
===分子===
[[File:Thermally Agitated Molecule.gif|thumb|[[分子運動論]]。]]
在不同的[[溫度]]下，物質的比熱容都會有所不同，主要是因為[[分子]]的壓力有所不同。根據[[分子運動論]]，當溫度增加，[[分子]]震動得較快；當溫度減少，分子則震動得較慢。此原理亦可指，在不同的[[壓力]]和[[相態]]下，物質的比熱容亦有不同。

以溫差為例，假如在[[夏天]]較熱的天氣下煮[[水]]，會比[[冬天]]較冷的天氣下更快沸騰，因為溫度較高。

以壓強為例，在地球[[海平面|水平線]]上，大氣壓強為101.325[[帕斯卡|千帕斯卡]]，假如在這裡煮[[水]]，[[水]]將於100[[攝氏度]]沸騰。但在海拔約8.8公里的[[珠穆朗瑪峰]]上，大氣壓強只有月3.2千帕斯卡，假如在這裡煮水，水將於69[[攝氏度]]沸騰。

以[[相態]]為例，液態水的比熱容是4200J/( kg · K )，而[[冰]]（水的固態）的比熱容則是2060J/( kg · K )。

==基本物質比熱列表==
以下列表是各物質的比熱容。
{| class="wikitable sortable" style="text-align:center;"
|-
! style="width:150px;" | 物質
! style="width:120px;" | 化學符號
! style="width:100px;" | 模型
! style="width:80px;" | [[相態]]
! style="width:200px;" | 比熱容量（基本）J/（kg·K）
! style="width:200px;" | 比熱容量（20℃）J/（kg·K）
|-
| [[氫]] || H<sub>2</sub> || 2[[File:Dinitrogen-3D-vdW.png|32px]] || 氣 ||14000 || 14300
|-
| [[氦]] || He || 1[[File:Sphere - monochrome simple.svg|32px]] || 氣 ||5190 || 5193.2
|-
| [[氨]] || NH<sub>3</sub> || 4[[File:Ammonia-3D-vdW.png|32px]] || 氣 ||2055 || 2050
|-
| [[氖]] || Ne || 1[[File:Sphere - monochrome simple.svg|32px]] || 氣 ||1030 || 1030.1
|-
| [[鋰]] || Li || 1[[File:Sphere - monochrome simple.svg|32px]] || 固 ||3580 || 3582
|-
| [[乙醇]] || CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>OH || 9[[File:Ethanol-3D-vdW.png|32px]] || 液 ||2460 || 2440
|-
| [[汽油]] || 混 || 混 || 液 ||2200 || 2220
|-
| [[石蠟]] || C<sub>n</sub>H<sub>2n+2</sub> || 62至122 || 固 || 2200 || 2500
|-
| [[甲烷]] || CH<sub>4</sub> || 5[[file:Methane-3D-space-filling.svg|32px]] || 氣 || 2160 || 2156
|-
| [[軟木塞]] || 混 || 混 || 固 ||2000 || 2000
|-
| [[乙烷]] || C<sub>2</sub>H<sub>6</sub> || 8[[File:Ethane-3D-vdW.png|32px]] || 氣 || 1730 || 1729
|-
| [[尼龍]] || 混 || 混 || 固 ||1700 || 1720
|-
| [[乙炔]] || C<sub>2</sub>H<sub>2</sub> || 4[[File:Acetylene-3D-vdW.png|32px]] || 氣 || 1500 || 1511
|-
| [[聚苯乙烯]] || CH<sub>2</sub> || 3 || 固 ||1300 || 1300
|-
| [[硫化氫]] || H<sub>2</sub>S || 3[[File:Hydrogen-sulfide-3D-vdW.svg|32px]] || 氣 || 1100 || 1105
|-
| [[氮]] || N<sub>2</sub> || 2[[file:AX1E0-3D-balls.png|32px]] || 氣 ||1040 || 1042
|-
| [[空氣]]（室溫） || 混 || 混 || 氣 ||1030 || 1012
|-
| [[空氣]]（海平面、乾燥、0℃）|| 混 || 混 || 氣 ||1005 || 1035
|-
| [[氧]] || O<sub>2</sub> || 2[[file:AX1E0-3D-balls.png|32px]] || 氣 ||920 || 918
|-
| [[二氧化碳]] || CO<sub>2</sub> || 3[[file:Carbon-dioxide-3D-vdW.svg|32px]] || 氣 || 840 || 839
|-
| [[一氧化碳]] || CO || 2[[file:Carbon-monoxide-3D-vdW.png|32px]] || 氣 || 1040 || 1042
|-
| [[鋁]] || Al || 1[[File:Sphere - monochrome simple.svg|32px]] || 固 ||900 || 897
|-
| [[石綿]] || 混 || 混 || 固 ||840 || 847
|-
| [[陶瓷]] || 混 || 混 || 固 ||840 || 837
|-
| [[氟]] || F<sub>2</sub> || 2[[file:AX1E0-3D-balls.png|32px]] || 氣 || 820 || 823.9
|-
| [[石墨]] || C || 1[[File:Sphere - monochrome simple.svg|32px]] || 固 ||720 || 710
|-
| [[四氟甲烷]] || CF<sub>4</sub> || 5[[file:Tetrafluoromethane-3D-vdW.png|32px]] || 氣 || 660 || 659.1
|-
| [[二氧化硫]] || SO<sub>2</sub> || 3[[file:Sulfur-dioxide-3D-vdW.png|32px]] || 氣 || 600 || 620
|-
| [[玻璃]] || 混 || 混 || 固 ||600 || 840
|-
| [[氯]] || Cl<sub>2</sub> || 2[[file:AX1E0-3D-balls.png|32px]] || 氣 ||520 || 520
|-
| [[鑽石]] || C || 1[[File:Sphere - monochrome simple.svg|32px]] || 固 ||502 || 509.1
|-
| [[鋼]] || 混 || 混 || 固 ||450 || 450
|-
| [[鐵]] || Fe || 1[[File:Sphere - monochrome simple.svg|32px]] || 固 ||450 || 444
|-
| [[黃銅]] || Cu,Zn || 混 || 固 ||380 || 377
|-
| [[銅]] || Cu || 1[[File:Sphere - monochrome simple.svg|32px]] || 固 ||385 || 386
|-
| [[銀]] || Ag || 1[[File:Sphere - monochrome simple.svg|32px]] || 固 ||235 || 233
|-
| [[汞]] || Hg || 1[[File:Sphere - monochrome simple.svg|32px]] || 液 ||139 || 140
|-
| [[鉑]] || Pt || 1[[File:Sphere - monochrome simple.svg|32px]] || 固 ||135 || 135
|-
| [[金]] || Au || 1[[File:Sphere - monochrome simple.svg|32px]] || 固 ||129 || 126
|-
| [[鉛]] || Pb || 1[[File:Sphere - monochrome simple.svg|32px]] || 固 ||125 || 128
|-
| [[水蒸氣]]（[[水]]） || H<sub>2</sub>O || 3[[File:Water molecule.svg|32px]] || 氣 ||1850 || 1850
|-
| [[水]] || H<sub>2</sub>O || 3[[File:Water molecule.svg|32px]] || 液 ||4200 || 4186
|-
| [[冰]]（[[水]]） || H<sub>2</sub>O || 3[[File:Water molecule.svg|32px]] || 固 ||2060 || 2050（-10℃）
|-
|}

==用途==
===冷卻劑===
====水====
{{main|水}}
人類發現[[水]]（液態）的'''比熱容'''約4200，比其它液體較高。因此，便指出[[水]]是一個較好的[[冷卻劑]]。例如，用於汽車作散熱功能。另外，由於[[沿海地区]]的比熱容比陸地大，因此，[[岸]]的溫差一向比[[內陸地區]]的低。同时水也是比较好的保温剂，所以大部分的保暖袋都用水的。

====比熱的應用與影響====

水的比熱較大，在氣候的變化上有明顯的影響。同樣受到熱或冷卻的情況下，水的比熱因為比較大所以溫度變化較小，水對於氣候的影響很大，白天沿海地區比內陸地區升溫較慢，在夜間沿海溫度降低和變化量少，所以一天當中，沿海地區溫度變化小，內陸溫度變化大，一年之中夏季內陸比沿海炎熱，冬季內陸比沿海寒冷。而因為水比熱較大的現象，使得[[水庫]]往往成為一個巨大的天然空調，對於熱帶的地區或城市有些微調整氣溫的功用。

# 農業及生產上的應用：[[水稻]]是一種喜溫的農作物，在每年三四月份育苗的時候，在比較寒冷地區農民為了防止結霜之類的現象，農民普遍採用“淺水勤灌”的方法，就是傍晚在秧田裡灌一些水過夜，第二天太陽升起的時候，再把秧田中的水放掉。根據水的比熱較大的特性，在夜晚降溫時，使秧苗的溫度變化不大，對秧苗起了保溫及保護的作用。
# 建築居住上的應用：在炎熱的夏天古人將水從房屋的頂部倒下，使水往下流，起了防暑降溫作用。現今亦有人選擇在金屬屋頂安裝灑水器，利用水的比熱較大和蒸發時可以吸收熱量的特性，為金屬屋頂降溫。
# 水冷系統的應用：人們在很久以前就開始用水來冷卻發熱的機器，在電腦[[CPU]]散熱中可以利用散熱片與CPU核心接觸，使CPU產生的熱量通過熱傳導的方式傳輸到散熱片上，再利用風扇將散發到空氣中的熱量帶走。但水的比熱遠遠大於空氣，因此可以用水代替空氣作為散熱介質，通過水泵將內能增加的水帶走，組成水冷系統。這樣CPU產生的熱量傳輸到水中後水的溫度不會明顯上升，散熱性能優於上述直接利用空氣和風扇的系統。例如汽車及工廠的一些引擎與馬達等等，都利用水來做為冷卻系統的[[冷卻液]]。

===計算===
====熱能====
根據比熱容的公式：
:<math>s = \frac{H}{m \Delta T} \,\!</math>
經轉換後，便能得出：
:<math>H = ms \Delta T \,\!</math>
即透過比熱容，便可計算某質量的熱能使用。例如一次實驗中，四千克重的[[水]]的溫度原先是25[[攝氏度]]，經過加熱後，溫度為45[[攝氏度]]。假如要求计算使用了多少能量的話，首先要知道[[水]]的比熱容，若[[水]]的比熱容是4200的話，透過以上公式計算，便可得出：
:<math>H = 4 \times 4200 \times (45-25) \,\!</math>
:<math>= 336000 J \,\!</math>
即是使用了336000[[焦耳]]熱能。

==熱容==
{{main|熱容}}
热容和比热容是两个完全不同的概念。比熱容只指一公斤的物質增加一[[攝氏度]]所需的熱能。即是指假如在實驗上，物質的質量有多少都不會改變它的比熱容。但[[熱容]]則指的是某物质增加一摄氏度所需要的热量，这就要把物質的質量考虑进去，比如一杯[[水]]的[[熱容]]，就比兩杯[[水]]的少。因此，[[熱容]]和比熱容是相關的。熱容的符號是'''H'''(或用'''C''')，比熱容的符號則是'''h'''(或'''c''')，熱容和比熱容的關係可以以以下公式：
:<math>H = mh\,\!</math>
:<math>C = mc\,\!</math>
*m是指物質的質量。
[[Category:熱力學性質]]

==內部連結==
*[[熱容]]
*[[質量]]
*[[物質]]
*[[溫度]]
*[[熱能]]
*[[相態]]
*[[攝氏度]]

==參考==
*{{cite book|author= TAO Ping Kee, LEE Hong Moon|title=New Physics at Work - HEAT|publisher=Oxford University Press|year=1993|isbn=0-19-545777-3}}
*http://www.hk-phy.org/contextual/heat/tep/temch/island_c.html {{Wayback|url=http://www.hk-phy.org/contextual/heat/tep/temch/island_c.html |date=20201012135222 }} 水和沙的比熱容
*http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/spht.html {{Wayback|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/spht.html |date=20210413023034 }} 比熱公式
*http://scitation.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=AJPIAS000071000011001142000001&idtype=cvips&gifs=yes 比熱容單位
*http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/tables/sphtt.html#c1 {{Wayback|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/tables/sphtt.html#c1 |date=20090422133429 }} 比熱容物質列表