比熱計算機是一個決定加熱或冷卻樣品的熱容量的工具。比熱是你需要提供給重1kg的樣品以使其溫度升高1K所需的熱能。請閱讀本文學習如何正確應用熱容量公式獲得有效結果。
這個計算機有好幾種計算方式，所以你可以用它來計算引起溫度變化所需的熱量(如果你知道比熱的話)。
如何計算比熱?
- 決定你想要加熱樣品(增加它的熱能)或是冷卻樣品(帶走它的熱能)。
- 將增加的能量作為正值插入。如果要冷卻樣品，請將要減去的能量作為負值插入。例如，假設我們想讓樣品的熱能減少63,000J。那麼Q=-63,000J。
- 決定樣品最初和最終狀態間的溫差，並將溫差值輸入熱容量計算機。如果樣品冷卻的話，則差異為負值；如果溫度上升，則差異為正值。假設我們要將樣品冷卻3度，那麼ΔT=-3K。你也可以進入進階模式手動輸入溫度的最初值和最終值。
- 決定樣品的質量。我們假設m=5kg。
- 計算比熱為c=Q/(mΔT)。在這個範例中，比熱=-63,000J/(5kg*-3K)=4,200J/(kg·K)。這是典型的水的熱容量。
熱容量公式
比熱的公式長得像下面這樣：
c=Q/(mΔT)
Q是增加或減少的熱量(以焦耳為單位)，m是樣品的質量，ΔT是最初溫度和最終溫度間的差異。熱容量以J/(kg·K)為單位測量。
典型比熱值
對大多數常見物質來說，你不需要使用比熱計算機。下面列出了一些最常見的比熱值。
- 冰：2,100J/(kg·K)
- 水：4,200J/(kg·K)
- 水蒸汽：2,000J/(kg·K)
- 玄武岩：840J/(kg·K)
- 花崗岩：790J/(kg·K)
- 鋁：890J/(kg·K)
- 鐵：450J/(kg·K)
- 銅：380J/(kg·K)
- 鉛：130J/(kg·K)
有了這些資訊後，你還可以計算要為樣品提供多少能量來提高或降低其溫度。例如，你可以看一下「把一壺水燒開需要多少熱能」來燒水煮意大利麵。
想知道實際的結果意味什麼意思嗎？試試我們的「位能計算機」，看看你用同樣的能量可以升高多少樣品的高度。或者用「動能計算機」計算用相同的能量能讓樣品移動多快。
關於比熱榮的常見問題
1. 如何計算比熱容？
- 找出最初和最終溫度以及樣品的質量和提供的能量。
- 將最終溫度減去初始溫度後獲得溫度變化值(ΔT)。
- 將溫度變化值乘以樣品質量。
- 將提供的能量除以步驟3所得出的值
- 公式為C=Q/(ΔT⨉m)。
2. 什麼是定容比熱容？
定容比熱容是改變一單位質量的等體積物質1°C所需的熱量或能量。公式為Cv=Q/(ΔT⨉m)。
3. 比熱的公式是什麼？
質量為m的物質的比熱容C的公式為C=Q/(m⨉ΔT)。其中Q是增加的能量，ΔT是溫度的變化。不同過程中的比熱容，如定容Cv和定壓Cp，通過比熱比ɣ=Cp/Cv或氣體常數R=Cp-Cv相互關聯。
4. 比熱容的單位是什麼？
比熱容以J/kgK或J/kgC為單位，因為它是在恆定體積過程中將單位質量物質的溫度改變1°C或1°K所需的熱量或能量。
5. 水的比熱容值是多少？
水的比熱為4179J/kgK，即讓1克的水的溫度升高1克耳文所需的熱量。
6. 比熱的英制單位是什麼？
比熱的英制單位為BTU/lb°F，而公制單位為J/kgK。
7. 銅的比熱容值是多少？
銅的比熱為385J/kgK。你可以用這個值來估算將100g銅加熱5°C所需的能量，即Q=mxCpxΔT=0.1*385*5=192.5J。
8. 鋁的比熱容值是多少？
鋁的比熱為897J/kgK，這個值幾乎是銅比熱的2.3倍。你可以用這個值來估算將500g鋁加熱5°C所需的能量，即Q=mxCpxΔT=0.5*897*5=2242.5J。