基本問題213 比熱・熱容量

設問(1) 熱容量 C

直感的理解
熱容量は「その物体全体を 1 K 温めるのに必要な熱量」。与えた熱量を温度変化で割ればすぐ求まります。

設定:金属の塊 $m = 5.0 \times 10^2$ g に $Q = 3.8 \times 10^3$ J を与え、$\Delta T = 2.0$ K 上昇。

立式:$Q = C\Delta T$ より $C = \dfrac{Q}{\Delta T}$

数値代入:

$$C = \frac{3.8 \times 10^3}{2.0}$$

計算:

$$= \frac{3800}{2.0} = 1900 = 1.9 \times 10^3 \text{ J/K}$$
答え:
$$(1)\quad C = 1.9 \times 10^3 \text{ J/K}$$

設問(2) 比熱 c

直感的理解
比熱は「単位質量(1 g)あたりの熱容量」。熱容量 $C$ を質量 $m$ で割ると比熱 $c$ が得られます。物質固有の値なので、量に依存しません。

立式:$C = mc$ より $c = C / m$

数値代入:質量 $m = 5.0 \times 10^2$ g = 500 g を用いて

$$c = \frac{1.9 \times 10^3}{5.0 \times 10^2} = \frac{1900}{500}$$

計算:

$$= 3.8 \text{ J/(g·K)}$$
答え:
$$(2)\quad c = 3.8 \text{ J/(g·K)}$$
補足:比熱の値から物質を推定

比熱 $c = 3.8$ J/(g·K) は水の比熱 4.2 J/(g·K) に近い値です。比熱の大きい物質ほど温まりにくく冷めにくい性質があります。金属は一般に比熱が小さく(鉄 0.45、銅 0.39 J/(g·K))、温度が変わりやすいです。

Point

熱容量 $C = mc$:物体全体の性質。比熱 $c = C/m$:物質固有の性質。単位に注意(g か kg か)。