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熱容量と比熱の基本md 304d2d9
lecture/physics/thermodynamics/heat-capacity-and-specific-heat-basics.lecture.n.md
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熱容量ねつようりょう比熱ひねつ基本きほん

date2026-07-14document_iddoc_976bd5f6fbd6d9236533e60ccc84eeacdescription熱容量・比熱・モル熱容量を定義し、Q=CΔT、混合の熱収支、理想気体のCp-Cv=Rを証明付きで整理する講義である。prerequisites熱と気体 / 単位・次元type講義statusactiverelateddata/lecture/physics/thermodynamics/heat-and-gases.lecture.n.md / data/lecture/physics/thermodynamics/first-law-of-thermodynamics.lecture.n.md
physicsthermodynamicsheat-capacitylecture

1導入どうにゅう

この講義こうぎでは、熱容量ねつようりょうを「温度おんどを 1 だけえるのに必要ひつようねつ」として解説かいせつする。

おな熱量ねつりょうくわえても、物質ぶっしつりょうちがえば温度変化おんどへんかちがう。みず温度おんどがりにくく、金属きんぞくがりやすい。このちがいを数式すうしきにしたものが熱容量ねつようりょう比熱ひねつである。

2用語ようご定義ていぎ

熱容量ねつようりょうheat capacity C とは、物体ぶったい温度おんどを 1 K えるのに必要ひつよう熱量ねつりょうである。

比熱ひねつspecific heat capacity c とは、単位質量たんいしつりょうあたりの熱容量ねつようりょうである。

モル熱容量ねつようりょうmolar heat capacity Cm とは、1 mol あたりの熱容量ねつようりょうである。

3方針ほうしん

温度変化おんどへんか熱量ねつりょう問題もんだいでは、まずなに一定いっていかを確認かくにんする。

  1. 固体こたい液体えきたい加熱かねつなら Q=mcΔT使つかう。
  2. 混合こんごうなら、外部がいぶねつげないという熱収支ねつしゅうしてる。
  3. 気体きたいなら、定積ていせき定圧ていあつかで熱容量ねつようりょうわる。

4関係式かんけいしき 1:Q=CΔT=mcΔT=nCmΔT

熱容量ねつようりょう温度範囲おんどはんい一定いっていとみなせるなら、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]Q=CΔT

である。質量しつりょう m比熱ひねつ c使つかえば

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]Q=mcΔT

であり、物質量ぶっしつりょう n、モル熱容量ねつようりょう Cm使つかえば

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]Q=nCmΔT

である。

4.1証明しょうめい

熱容量ねつようりょう定義ていぎ

C=QΔT

である。温度範囲おんどはんいC一定いっていなら、両辺りょうへんΔTけて

Q=CΔT

る。比熱ひねつ単位質量たんいしつりょうあたりの熱容量ねつようりょうなので

C=mc

である。したがって

Q=mcΔT

である。同様どうように、モル熱容量ねつようりょうでは

C=nCm

なので、

Q=nCmΔT

る。

5関係式かんけいしき 2:断熱だんねつされた混合こんごうでは熱量ねつりょうが 0

外部がいぶねつ交換こうかんしない容器ようきなかで、物体ぶったいどうしがねつ交換こうかんして最終温度さいしゅうおんどたっするなら、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]iQi=0

である。

5.1証明しょうめい

容器ようきふくめた全体ぜんたいけいとする。外部がいぶねつ交換こうかんしないので、外部がいぶからけいはい熱量ねつりょうは 0 である。したがって、けい内部ないぶうしなわれた熱量ねつりょうられた熱量ねつりょう相殺そうさいする。

各物体かくぶったいった熱量ねつりょうQi符号ふごうつきでけば、ねつうしなった物体ぶったいQi<0ねつ物体ぶったいQi>0 である。全体ぜんたいとして外部がいぶとの交換こうかんがないため、

iQi=0

である。

6関係式かんけいしき 3:理想気体りそうきたいでは Cp-CV=R

1 mol の理想気体りそうきたいについて、定圧ていあつモル熱容量ねつようりょうCp定積ていせきモル熱容量ねつようりょうCV とすると、

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]Cp-CV=R

である。

6.1証明しょうめい

定積変化ていせきへんかでは dV=0 なので、気体きたい外部がいぶ仕事しごとをしない。したがってくわえたねつ内部ないぶエネルギーの増加ぞうかになる。1 mol あたり

dU=CVdT

である。

定圧変化ていあつへんかでは、熱力学第一法則ねつりきがくだいいちほうそくより

dQ=dU+pdV

である。定圧ていあつモル熱容量ねつようりょう定義ていぎから

dQ=CpdT

である。また 1 mol の理想気体りそうきたいでは

pV=RT

なので、定圧ていあつ微分びぶんすると

pdV=RdT

である。よって

CpdT=CVdT+RdT

となり、

Cp-CV=R

る。

7単位たんい確認かくにん

mcΔT単位たんい

[kg;M][J/(kgK);L2T-2Θ-1][K;Θ]=[J;ML2T-2]

である。

8見分みわかた

  • 温度変化おんどへんか熱量ねつりょうなら Q=mcΔT
  • ねつ混合こんごうなら Qi=0
  • 気体きたい熱容量ねつようりょうなら、定積ていせき定圧ていあつかをさき確認かくにんする。

9どこまで成立せいりつするか

Q=mcΔT相転移そうてんいがなく、比熱ひねつ温度範囲おんどはんいでほぼ一定いっていとみなせるときのしきである。融解ゆうかい蒸発じょうはつでは、温度おんどわらなくてもねつ使つかわれるため、潜熱せんねつべつあつかう。

10最終形さいしゅうけい

[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]Q=mcΔT
[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]iQi=0断熱混合
[PARSE ERROR: Undefined("Command(\"boxed\")")]Cp-CV=R

11一言ひとこと

熱容量ねつようりょうは、ねつ温度変化おんどへんか翻訳ほんやくする係数けいすうである。

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