熱容量計算機
依質量、比熱與溫度變化計算熱量及熱容量。
熱容量與熱量
使用 Q = m × c × ΔT 計算顯熱傳遞。
關於熱容量
熱容量表示物體溫度改變一攝氏度或一克耳文時,必須吸收或釋放多少熱能。它是外延性質,也就是取決於物質的總量。比熱則是對應單位質量物質的內涵性質。本計算機透過 Q = m × c × ΔT 結合質量、比熱與溫度變化。質量以公克輸入、比熱以焦耳每公克攝氏度輸入時,結果 Q 就是以焦耳表示的顯熱。
正的溫度變化代表升溫,得到正的熱量;負的溫度變化代表降溫,得到負值,表示能量離開材料。計算機也會顯示樣品的總熱容量 C = m × c。熱容量適合比較完整物體,比熱則適合排除樣品大小的影響來比較物質。水的比熱相對較高,因此與相同質量的許多金屬相比,水升溫需要更多能量。
計算假設材料維持相同物相,且比熱在整個溫度區間內大致不變。熔化、沸騰、凝固、凝結、化學反應,以及隨溫度顯著變化的性質,都需要額外項或更完整的模型。計算也不含流向容器或周遭環境的熱損失。在實驗室量熱測量中,可能須另行納入這些影響,才能與實測能量相符。
輸入前請統一單位。此處標籤使用公克、焦耳與攝氏度。攝氏溫差與克耳文溫差的數值相同,但不能以絕對溫度代替溫度變化。若資料的比熱單位是焦耳每公斤克耳文,可將質量換成公斤,或在使用公克前將比熱數值除以一千;本工具的公克輸入欄位應使用後一種方式。本工具適合課堂熱力學、材料比較、初步工程估算、烹飪科學,以及適用簡單顯熱加熱模型的量熱核算。
熱容量計算範例
以下範例使用常見的近似比熱值。
| 輸入 | 熱量 | 應用 |
|---|---|---|
| 100 g 水,4.184 J/g°C,20°C | 8,368 J | 加熱少量水樣 |
| 250 g 鋁,0.897 J/g°C,15°C | 3,363.75 J | 加熱鋁製零件 |
| 500 g 銅,0.385 J/g°C,-10°C | -1,925 J | 冷卻銅塊 |
如何使用計算機
- 以公克輸入材料質量。
- 以焦耳每公克攝氏度輸入比熱。
- 輸入最終溫度減去初始溫度的差值。
- 選取「計算熱量」,查看熱量與總熱容量。
常見問題
熱容量與比熱有何不同?
熱容量適用於完整物體,以焦耳每度表示。比熱適用於單位質量,可用來比較不同材料。
溫度變化可以是負值嗎?
可以。負的溫度變化代表冷卻,負的熱量結果表示材料釋放能量。
攝氏溫差等於克耳文溫差嗎?
是的。一攝氏度的間隔與一克耳文的間隔相同,即使兩種溫標的零點不同。
這個計算機能處理熔化或沸騰嗎?
無法單獨處理。相變需要計算潛熱,因為吸收或釋放能量時,溫度可能保持不變。
為何實測結果與計算不同?
實際系統會與容器及環境交換熱量,比熱也可能隨溫度改變。若需要較高的實驗精度,應將這些影響納入考量。