前回、温度と熱の正体について考えましたね。温度には絶対温度と摂氏温度の2つがあり、 絶対温度は摂氏温度に273を足したもの でした。さらに 絶対温度T[K]は分子の持つ運動エネルギー1/2・mv²[J]に比例した物理量 でしたね。これらと熱の正体がエネルギーであることを踏まえて、熱エネルギーと温度の関係を式で表していきましょう。

まず、物体に熱を与えるとどうなるのでしょうか。下の図を見てください。

質量m[g]の物体に熱Q[J]が与えられています。熱を与えると温度が変化しますよね。最初の温度がT[K]のとき、この温度の変化量を ΔT[K] と表します。Δは デルタと読み、どれだけ変化したかを表す記号 です。

また、物体に与えた熱量は Q_in と書きます。物体に与えた熱は物体の中に吸収されるので in と表され、 吸収熱 と呼びます。このとき、物体に与えた熱量 Q_in と上昇温度 ΔT 、そして質量 m の間には、次のような関係式が成り立ちます。

吸収熱Q_inは、 物体の質量mと上昇温度ΔTに比例する ことが分かります。

Q_in=m c ΔTに含まれるcは比例定数であり、物質の 比熱 といいます。単位は [J/g・K] で、 物質により異なる値 です。

例えば、 水の比熱は4.2[J/g・K] です。この値は覚えておきましょう。物質の質量mが定まっているとき、mcΔTの中で変化するのはΔTのみであり、mcは一定の値を取りますね。mcをまとめて大文字の C と書きなおすと、吸収熱の式をQ_in= C ΔTと書き直すことができます。この C のことを 熱容量 といい、単位は [J/K] です。

物体に与えた熱、つまり吸収熱Q_inは上昇温度ΔTと比例の関係にあることが分かりましたね。