物质的比热容

　　许多同学对物质的比热容感到难以理解。这不，小汉学习这部分内容时产生了一些疑问，去问刘老师。

　　小汉：老师，我不明白物理中为什么要学习比热容？比热容反映了物质的什么特性？

　　刘老师：你一定有这样的生活经验，把一壶水烧开，要比把同样情况下半壶水烧开用的时间长，说明同样情况下，物质质量越大，吸收的热量越多；把一壶水烧开，比把一壶水烧至温热用的时间长，说明同样情况下，物质升高的温度越多，需要吸收的热量越多；再取质量、初始温度都相同的水和煤油，用同样的容器和同样的热源加热，发现升高相同的温度，水需要加热的时间长。这说明同样情况下，物质的种类不同，吸收的热量也不同。这样看来，物质吸收热量的多少与物体的质量、升高的温度、及物质的种类都有关系。换句话说，不同物质（如水和煤油），在质量相同，吸收热量也相同时，升高的温度不同。这反映了不同物质对所吸收热量的容纳本领不同：物质吸收热量，温度就要升高。相同情况下，不同物质吸收相同的热量，若温度升得越少，就说明这种物质对所吸收热量的容纳本领强。为反映物质的这种特性，物理学中引入了“比热容”，即比较不同物质对吸收（或放出）热量的容纳本领，简称比热容。

　　小汉：比热容的定义里为什么要有“每千克”和“温度上升1℃”这两个条件？比热容的单位为什么这么复杂？

　　刘老师：既然物体吸收热量的多少与物体的质量、升高的温度、及物质的种类（用“比热容”来反映）都有关系，换句话说物质的比热容与物体的质量、升高的温度、及物体吸收热量的多少都有关。你想要定义比热容就要涉及物体的质量、升高的温度、及物体吸收的热量。怎样定义呢？回忆我们学习比较物体运动快慢的方法，因为物体运动的快慢（即速度）与运动的路程及运动的时间都有关系，所以要比较速度的大小，通常保持一个量不变，比另一个量。即相同的时间比路程或相同的路程比时间。这种研究问题的方法叫比值法，它是定义许多物理量的常用方法，在学习速度、密度、压强、热值等物理量时，均采用了这种方法。现在既然物质的种类（即比热容）与物体的质量、升高的温度、及物体吸收热量的多少三个物理量都有关系，我们在研究时应保证几个量不变呢？

　　小汉：应保证两个量不变，看第三个。

　　刘老师：那比热容应怎样定义？

　　小汉：可以保持物体的质量及升高的温度不变，比吸收的热量；还可以保持物体的质量及吸收的热量不变，比升高的温度；还可以保持物体升高的温度及吸收的热量不变，比质量。

　　刘老师：很好，物理中为什么采用第一种方法来定义呢？这是因为保持物体的质量及升高的温度不变时，物体吸收的热量越大，比热容也越大；反之，采用比升高的温度及比质量的方法，会得出升高的温度及质量越大，比热容越小。这不符合人们的认识习惯。

　　比热容的单位可以从比热容的定义式来分析，它是由三个单位组合起来的复合单位，比较复杂：是J/（?·℃）。在日常生活和生产中，也会遇到类似比热容的量，也有很类似的单位。例如，工厂里工人制造机器零件的劳动量是用个/（天·人），即每人每天的工作量是制造多少个零件。

　　小汉：许多解释现象题都与水的比热容有关，对这样的问题我感到比较困难，请老师给予指导。

　　刘老师：通过课本的比热容表，可以看出，各种物质的比热容中，水的比热容最大，这在人们的日常生活和生产中，具有重要意义。主要表现在两个方面：一方面，冷却或取暖。由于水的比热容较大，那么一定质量的水升高（或降低）一定的温度吸收（或放出）的热量较多，这样水就可用来冷却或取暖。用来冷却时，是让水吸收带走更多的热量。如柴油机工作时，水箱中要加足水；用来取暖时，是让水放出更多的热量。如北方地区寒冷时为防止稻田里的秧苗冻坏，常在夜晚向地里放水。另一方面，由于水的比热容较大，一定质量的水吸收（或放出）较多的热量而自身的温度却改变不多，这一点有利于调节气候。沿海地区与内陆地区相比，冬天和夏天温差较小，白天和夜晚温差也较小，就是这个道理。同理，建造水库、修建人工湖，也有冬暖夏凉的作用。

　　小汉：明白了。谢谢老师！

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