比热容(又叫比热容量、比热),是指当没有相变和化学变化发生时,1千克均相物质温度升高或者降低1摄氏度所吸收或者释放的热量大小。抛开质量不谈,即为热容量,是系统在某一过程中温度升高1摄氏度所吸收的热量。比热容表示的是物体吸热或散热的能力。一定量不同种类的物体,吸收相同的热量,比热容越大,温度反而升得慢,即Q=cmΔT(其中,Q表示吸收或者放出的热量,c表示比热容,m表示质量,ΔT表示温度的变化)。
比热容是物质的一种属性,不随物体质量或形状的改变而变化。不过,同一种物质在不同物态下的比热容是不同的,比如冰、水、水蒸气,这三者的比热容就是不同的。气体的比热容还需要考虑到热膨胀,因此有定压比热容和定容比热容两种概念,此外还有饱和状态比热容。一般纯净物才定义比热容,混合物的比热容由其组成成分及含量来确定。水的比热容为4200 焦耳/(千克·摄氏度),它是常见的固态或液态物质中比热容最大的,所以水常被用来制作冷却剂。食用油种类较多,比热容一般为1800~2400 焦耳/(千克·摄氏度)。那么对于一定量的水和油,由于比热容不同,吸收同样的热量,水温升的比较慢,反之水温降的也比较慢。沙子和水相比,沙子的比热容更低一点,就造成了下图中的现象。
上面,之所以木板凳没有铁板凳烫,就是因为在太阳均匀照射下,木板凳由于比热容大,在同等时间下温度升高得慢。
这里除了要考虑比热容的问题,还需要考虑到热传递问题,板凳的热量传递给屁股,我们才能感受到温度。人体要想感知到外界的温度,必然存在一个热量传输的过程。只要存在温度差,热量就会源源不断地从高温物体转移到低温物体,热传递就是热量转移的过程。热传递分别以热辐射、热对流、热传导三种方式进行不同。
水和油与手接触时,会将热量传导给皮肤。不过不同物体的导热能力不同,即导热系数(导热率)不同。物质的导热率是其固有的特性,与结构、成分、物态、温度、密度、压力等有关系,一般来说金属的导热能力最强。导热系数是指在稳定传热条件下,1米厚的材料,两侧表面的温差为1℃,在一定时间内,通过1平方米面积传递的热量。这意味着,木板凳和铁板凳对屁股传输热量时,铁板凳传输的要快一点。导热能力差的材料,常被用作隔热材料。一般,水和油相比,水的导热能力更强些。热传导过程中遵守傅立叶定律。
总结起来,热传导的速率与温差大小、接触面积大小和导热系数有关。温差越大,接触面积越大,导热系数越大,热传导的效率越高,热量传输的越快,单位时间内传输的热量更多。
结论
标准大气压下,100度的水会沸腾,100度的食用油不会沸腾。水沸腾会产生水蒸气,不过这里可以不用考虑水蒸气。同等温度、同等质量的油和水,油所包含的热量更低。它们从锅中溅起时,由于水比油的比热容高,同等条件下,油的温度下降得比水更低一点。此外,由于摩擦系数和粘度不一样,当锅中溅起的水和油从手上分别流过时,水和油在皮肤上的流动性存在差异,由于是短时间接触,影响可以忽略。如果是长时间接触,就需要考虑到水的蒸发,以及水和油的流动性差异。它们与手接触时,主要考虑热传导过程,水传热给手的能力显然更强一些。
基于此,同样是100摄氏度,一定量的水和油分别与皮肤接触,如果接触时间是一样的,显然水感觉更烫手一些,因为水在短时间内传递给人体的热量更多一些。凭经验就知道,虽然温度很高,但与皮肤接触时间短,并不会造成烫伤。不过,不建议去尝试。
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