熱と熱量
熱は常に高温の物体から低温の物体へ流れ、逆になることはなく、両方が同じ温度になるまで続く。必要なエネルギーは3つに依存する：加熱する物質の量、その素材、そして温度変化の大きさである。
公式
Q = m · c · ΔT
- Q — 熱エネルギー (J): 熱として物体に出入りするエネルギー
- m — 質量 (kg): 加熱・冷却される物質の量
- c — 比熱 (J/(kg·K)): 素材 1 kg の温度を 1 K 上げるのに必要なエネルギー
- ΔT — 温度変化 (K): 最終温度と初期温度の差
例題
2 kg の水の温度を 5 K 上げるのに必要な熱エネルギーは？（水の比熱 ≈ 4000 J/(kg·K)）
- m = 2 kg
- c = 4000 J/(kg·K)
- ΔT = 5 K
- Q = m · c · ΔT
- Q = 2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K
Q = 40,000 J
自分でチェック
2 kg ではなく 4 kg の水を、同じく 5 K 上げたい。必要な熱エネルギーは？
- 40,000 J
- 160,000 J
- 正解: 80,000 J
正解！ 質量が2倍になると必要なエネルギーも2倍です：4 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 80,000 J。
2 kg の水に戻り、今度は温度を 5 K ではなく 10 K 上げたい。必要な熱エネルギーは？
- 正解: 80,000 J
- 40,000 J
- 20,000 J
そのとおり—温度変化が2倍になるとエネルギーも2倍です：2 kg × 4000 J/(kg·K) × 10 K = 80,000 J。
どこで見られるか
同じ日の午後、ビーチの砂は足が焼けるほど熱いのに、海は涼しいまま——水は 1 kg あたり 1 K につき約 4000 J を飲み込むのであって、これは砂が必要とする量の数倍であり、だから海はシーズン中ずっとゆっくりとしか温まらない。熱いスープに差した金属スプーンは、反対の面を見せてくれる：比熱が小さいと、温度の変化は速い。
よくある誤解
いちばん根深い混乱は、熱と温度を同じものと思ってしまうことだ——温度は分子が平均してどれだけ速く動いているかを表し、熱は移動しているエネルギーであり、その2つの間の交換レートを定めたのがこの法則、すなわち Q = m · c · ΔT である。次に比例関係に注目しよう：質量を2倍にすればエネルギーも2倍になる（2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40,000 J が、4 kg では 80,000 J になる）。温度変化を2倍にした場合も同じだ。素材が違えば、実際に支払うレートも本当に違うのである。
つながり
理想気体の状態方程式は、気体の温度が圧力をどう決めるかを教えてくれた。これは、そもそも温度を変えることの価格表だ——質量、素材、変化の大きさを掛け合わせて求める。次の熱機関は、この熱の流れをサイクルに通して仕事を取り出そうとするものであり、そのためにどれだけの熱を費やさなければならないかを深く気にかけることになる。