熱量

I

プロローグ

熱(熱エネルギー)の量を数字であらわしたもの。物体の温度は、物体の構成分子の熱運動のエネルギーをあらわしており、物体を加熱するとエネルギーは増加する。そのため、物体の温度は上昇するが、このとき物体がうけとったエネルギーが熱エネルギーで、その量が熱量である。

熱には形や重さがないので、直接みたり、ふれたりして測定することができない。また物体に熱をくわえたときの温度の上がり方は、物質の種類や質量の違いによってことなる。したがって熱量は、その物質の質量や温度変化から間接的にきめられる。→ エントロピー

II

熱量の単位

熱量の単位は、エネルギーの単位であるジュール(J)がもちいられる。かつてはカロリー(cal)がつかわれていたが、これは4°Cの純粋な水1gを温度1°Cまたは1ケルビン(K：→ 絶対温度)あげるのに必要な熱量を1calとしたものである(1cal ≒ 4.2J)。なお、日本では計量法の改正にともない、1999年(平成11年)以降、栄養学や生物学における計量以外での単位としてのカロリーの使用は禁止されている。

III

熱容量

ある物体の温度を1°C(1K)高めるのに必要な熱量を、その物体の熱容量という。単位としては、ジュール毎ケルビン(J/K)がもちいられ、質量m(g)、比熱c(J/g・K)の物体の熱容量C(J/K)は、次のようにあらわせる。

C = mc

そして、この物体の温度をt(K)あげるのに必要な熱量Q(J)は、次のようになる。

Q = Ct = mct

たとえば、比熱が約4.2J/g・Kの水の100gの熱容量は420J/Kで、200gの水の熱容量は840J/Kである。つまり、同じ材料でできている物体の熱容量は、その質量に比例している。また、同じ100gの球でも、比熱が0.38J/g・Kの銅球の熱容量は38J/Kだが、比熱0.44J/g・Kの鉄球では44J/Kとなるように、材質によって熱量には違いがある。

IV

比熱

ある物質1gの温度を1°Cあげるのに必要な熱量を、その物質の比熱という。比熱が大きな物質ほど、温まりにくいし、また冷めにくい。