單元肆:比熱

.比熱

().比熱的定義:

1.質量1公克的,溫度上升1時所需的熱量=1

2.質量1公克的其他物質,溫度上升1所需的熱量(不一定是1卡)即稱為該物質的 【比熱】

3.單位:(/公克‧度),或(cal/g‧℃)

().比熱的特性:

1.比熱是純物質的特性,相同的純物質具有相同的比熱。

2.比熱的大小與質量和體積的大小無關,只與物質的種類有關。
例如:質量100g的純水和質量50g的純水;比熱皆為1 cal/g‧℃

3.比熱較的物質溫度易升易降,比熱較的物質溫度難升難降

4.水的比熱=1 cal/g‧℃,因比熱較大,溫度難升難降,故水有調節氣溫的功能

().加熱時間(熱量H)與溫度差ΔT的關係:

1.利用穩定的熱源為純物質加熱,若已知熱源供熱的速率及物質的質量,則加熱時間與溫度差ΔT的關係圖即代表物質的比熱

2.例:用每分鐘供熱500卡的穩定熱源為100g的純水加熱,其加熱時間與溫度差ΔT的關係圖如圖一所示,試求純水的比熱為若干?

image001

解答:由圖一數據所示,加熱8分鐘時,水溫上升40(即ΔT40),

所吸收的熱量=8×500,亦即H4000卡,純水質量=100g,設純水的比熱為S,則:4000100×S×40,故S1,即 純水的比熱=1 cal/g‧℃

 

二、 比熱與熱變化

().比熱和溫度差的關係 :

1.設物質的質量為M,比熱為S,吸收H卡的熱量後溫度上升ΔT℃,則其關係式為:image002

2.同一物質在質量固定的條件下,溫度差Δ熱量變化H成正比
(如圖二座標關係)
image003

 

(1).假訯圖二中;鋁塊和水的質量皆為100g,試問此熱源每分鐘供應熱量為若干?
答:加熱1分鐘水溫上升10度,∵
HM×Δ
   
H100×10  亦即熱源供熱速率為: 1000/

(2).試求鋁塊的比熱為若干?
答:圖二中鋁塊加熱1分鐘溫度上升40,因為熱源相同,故獲
   
得的熱量=1000卡,根據HM×S×Δ
    1000
100×S×40  S 0.25  cal/g-

 

().質量和溫度差的關係 :

1.質量相同的不同物體,吸收相同的熱量時,其溫度變化ΔT物質的比熱S反比。(如圖三)

image004

2.圖三中甲、乙、丙為三種不同的純物質(即比熱不同),已知三者質量皆為100g,且吸收相同的熱量H,試求熱量H=?
答:
根據HM×S×Δ
   
甲: H100×0.25×80,故H2000
   
乙:
H100×0.50×40,故H2000
   
丙:
H100×1.00×20,故H2000卡,三者所吸收熱量皆相同。

3.同一種類的物質但質量不同時,在吸收相同的熱量時,則溫度差Δ與質量M成反比 (如圖四)。
image005
說明:若圖四所示為純水的加熱曲線圖,取圖中質量20g時,溫度上升40,可求出該熱源供熱為H20×1×40,∴ H800 卡。

 

三、  物質的比熱及性質

().比熱與傳導速率:

1.一般而言;非金屬的比熱較金屬為大,且金屬的熱傳導速率大於非金屬,但比熱的大小與熱傳導速率無關

2.常見的金屬比熱如表一所示:

 

表一:金屬的比熱

金屬名稱

比熱

0.031

0.056

0.092

0.113

0.211

 

3.由一數據可知銅鐵鋁三者比熱的大小為:鋁>鐵>銅,但熱量傳導的速率為:銅>鋁>鐵。(詳見單元:熱的傳播)

4.熱傳導最佳的物質為金屬銀,但表一數據顯示銀的比熱不是最大,也不是最小的,綜合3.4.兩點可以看出:熱傳導速率與物質的比熱並沒有必然的關係

().比熱與密度:

1.密度和比熱皆為物質的特性,不同的純物質有不同的密度;也有不同的比熱,因此可藉由密度或比熱的大小鑑別物質的種類

2.通常金屬的密度較非金屬為大,但金屬的比熱卻比非金屬小,因此密度與比熱兩者並無關係

3.水的密度等於1g/cm3,而水的比熱亦為1cal/g-,這與「卡」的定義有關,可以說:水的密度及比熱都等於1,只是巧合,兩者並無關聯。

4.物質在同一種狀態下;其比熱視為定值,且同一種物質的三態其比熱並不相同。

().影響比熱的因素:(課外補充,不列入基測範圍)

1.同一種物質在固態、液態、氣態時各有不的比熱,且與壓力和溫度有關,但在國中階段把物質的比熱視為定值,並不討論這些範圍。

2.在絶對零度的情形下,任何物質的比熱皆會趨近於零。

 

 

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