比熱が大きい場合、同じ物質はより冷えます。
相変化がなく、比熱cを一定とみなせるなら、供給した熱量はQ = mcΔTです。Qとmが同じならΔT = Q/(mc)なので、比熱が大きいほど温度変化は小さくなります。水は多くの金属より比熱が大きく、同じ質量を同じ温度差だけ温めるのに、より多くのエネルギーが必要です。
熱容量 C = mc は、物質全体の温度を 1 K 上げるために必要なエネルギーです。比熱の単位は J/(kg·K)、熱容量の単位は J/K です。同じ物質の場合、熱容量は物質の量が増えるにつれて増加しますが、同じ条件下では比熱は一定です。
同じ加熱時間と、同じ熱量で、同じ結果が得られるのはいつですか？
特定の有効加熱電力 P を全てのサンプルに与えた場合、Q = Pt が達成されます。 同じ期間加熱した場合でも、電力の異なる場合、受ける熱量は異なります。 比較実験では、質量、加熱電力、および時間のうち、どれを一定に保つかを確認します。
熱が周囲に逃れたり、容器を暖める場合、ヒーターの電気エネルギーが全てサンプル（試料）の温度を上昇させるわけではありません。比熱を測定するには、容器の熱容量、熱の損失、および温度計の応答を考慮する必要があります。
温度変化と相変化を区別します
1℃と1Kは、同じ大きさの温度差であるため、ΔTとして同じ数値を使用できます。しかし、絶対温度における20℃と20Kは異なります。熱の吸収を正の値、熱の放出を負の値として表した場合、冷却のプロセスも同様に表現できます。
氷が溶ける時や水が沸騰する時、エネルギーが加えられても温度が一定に保たれることがあります。これは、潜熱が必要な範囲内での現象であり、Q = mcΔT のみでは説明できません。この実験は、比熱が一定であり、相変化による熱の損失がない範囲を対象としています。
重要な関係式と記号
Q = mcΔT · C = mc · Q = Pt（電力一定・損失なし）
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| Q | 物体が受け取った熱量 | J |
| m | 質量 | kg |
| c | 比熱 | J/(kg·K) |
| ΔT | 最終温度 − 初期温度 | Kまたは°C |
例で確かめる
0.5 kg の水の温度が、4200 J の熱を受けると、どれだけ上昇するか？
実験で使う水の比熱4200 J/(kg·K)を適用すると、ΔT = 4200/(0.5 × 4200) = 2 Kです。熱損失がなければ、100 Wで42秒加熱したエネルギーに相当します。水の質量を2倍にすると、温度上昇は半分になります。
よくある誤解
- 高い比熱を持つ物質は、同じ熱量を与えても、より大きな温度上昇は起こさない。
- 熱を与えることが、必ずしも温度の上昇をもたらすとは限らない。相転移領域においては、潜熱を考慮する。