비열에 대해서

비열에 대해서

비열이란 1kg의 물질의 온도를 1K(=1℃) 높이는데 필요한 열량을 말합니다.

예를 들어, 물 1kg의 경우 1K 올리는데 필요한 열량은 4186J입니다.

철 1kg의 경우 1K 올리는데 필요한 열량은 444J입니다.

철이 물에 비해 열량이 적어 온도가 올라가기 때문에 '철은 온도가 올라가기 쉽다'는 것입니다.

이것은 여름철 철봉의 온도가 예상보다 높아졌다는 점에서 경험적으로도 이해할 수 있는 사실이죠.

물의 비열은 4186[J/kg·K], 철의 비열은 444[J/kg·K]입니다.

비열의 단위는［J/kg·K］가 사용됩니다.

이상, 비열이란 「잘 데워짐」 「잘 식지 않음」을 나타내는 물리량입니다.​

아래 표에 주요 물질의 비열을 기재합니다.

순서대로 비열이 높은 물질을 나열하고 있습니다.

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표. 주요 물질의 비열 단위: [J/kgK]

물질	비열
물	4186
공기　（습도100%）	1030
공기　（건조）	1005
알루미늄	900
유리	677
철	444
동	385
금	129

비열은 다음과 같이 표시됩니다.

비열 Cv = Q/(m×ΔT)　　・・・(1)

Q:가하는 열량 J

m: 질량 kg

ΔT: 온도차 K(℃)

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(1)의 식을 변형하면,

Q = m·Cv·ΔT 입니다.

이 식부터 물질의 질량이 많으면 가해야 할 열량이 커지는 것을 알 수 있습니다.

또 물질의 종류에 따라서도 가해져야 하는 열량이 달라져 그 차이가 비열(Cv)입니다.

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예) 20℃의 물 1kg에 30,000J의 열량을 가했을 때 물의 온도는 몇 도가 될까요?

　Q = m·Cv·ΔT

　ΔT=Q/(m·Cv)

30,000J/(1kg4186J/kgK)

　　　=7.2K (7.2℃)

　20℃ + 7.2℃ = 27.2℃

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정용 비열 Cv와 정압 비열 Cp에 대해서

물이나 금속 같은 액체나 고체 은 온도에 따라 용적이 변화하지 않지만, 기체는 온도에 따라 팽창, 수축이 일어나 용적이 변화합니다.

비열에는 정용비열 Cv(또는 정적비열)와 정압비열 Cp가 있으며 액체나 고체에서는 Cv≒ Cp이지만 기체에서는 Cp > Cv가 됩니다.

Cv의 v는 volume(부피)의 v

Cp의 p는 pressure(압력)의 p

Cp > Cv가 되는 이유

Cp는 일정한 압력으로 열을 받으면 팽창에 의해 바깥으로 일을 하면서 온도를 상승시키는 비열로, 일을 하는 만큼 커집니다.

그 차이가 기체 상수 R이 됩니다.

Cp-Cv = R

그럼 이번에는 정압 비열 Cp와 정용 비열 Cv의 k를 비열비라 함니다.

비열비 K = Cp/Cv

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열용량

열용량이란?

임의의 양의 물질 온도를 1℃ 상승시키는 데 필요한 열량을 말합니다.

기호는 C(heat Capacity의 C, 대문자), 단위는 J/℃ 또는 J/K(줄/켈빈)를 사용합니다.

열용량 C[J/K]는 물질의 질량 m[g]과 비열 c[J/g·K]를 이용하여 다음과 같이 나타낼 수 있습니다.

C=m×c

비열과 열용량의 차이

비열과 열 용량의 차이는 대상으로 하고 있는 물질의 양의 차이가 됩니다.

비열이 물질 1g을 대상으로 하고 있는데 반해 열용량에서는 임의의 양(어느 양)을 대상으로 하고 있습니다.

기호는 헷갈리지만 비열은 c(스몰씨), 열용량은 C(라지씨)로 표시됩니다.