熱與量熱學
熱總是從較熱的物體流向較冷的物體，絕不會反向流動，直到兩者達到相同的溫度為止。所需的能量多少取決於三個因素：你要加熱的物質有多少、它是由什麼材料構成的，以及你想要達到多大的溫度變化。
公式
Q = m · c · ΔT
- Q — 熱量 (J): 以熱的形式傳入或傳出物體的能量
- m — 質量 (kg): 正在被加熱或冷卻的物質的多少
- c — 比熱容 (J/(kg·K)): 使一千克該材料升高一開爾文所需的能量
- ΔT — 溫度變化 (K): 最終溫度與初始溫度之間的差值
解題示例
使 2 kg 的水升高 5 開爾文需要多少熱量？(水的比熱容約為 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
自我檢測
現在不是 2 kg，而是 4 kg 的水，仍然想使其升高 5 開爾文。需要多少熱量？
- 40,000 J
- 160,000 J
- 正確答案: 80,000 J
對了！質量翻倍，所需能量也翻倍:4 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 80,000 J。
回到 2 kg 的水，但現在你想讓它的溫度升高 10 開爾文，而不是 5 開爾文。需要多少熱量？
- 正確答案: 80,000 J
- 40,000 J
- 20,000 J
完全正確——溫度變化翻倍，能量也翻倍:2 kg × 4000 J/(kg·K) × 10 K = 80,000 J。
在哪裡能看到
同一個午後，海灘的沙燙得灼腳，海水卻保持涼爽——一公斤的水每上升一開爾文要吞下約 4000 焦耳的能量，是沙子所需的好幾倍，所以整個季節裡海水都升溫得很慢。泡在熱湯裡的金屬湯匙則展示了另一面：比熱容低，溫度升降就快。
常見誤解
最根深蒂固的混淆是把熱量和溫度當成同一回事——溫度是分子平均而言運動得多快，熱量則是傳遞中的能量，而兩者之間的兌換率正是這條定律所陳述的：Q = m · c · ΔT。接著留意正比關係：質量加倍，能量就加倍（2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40,000 J 在 4 kg 時變成 80,000 J），溫度變化加倍時也是如此。不同材料付出的「費率」確實真的不同。
關聯知識
理想氣體定律告訴你氣體的溫度如何決定它的壓強；而這條定律則是改變溫度本身的價目表——質量、材料、變化量，相乘起來。接下來的熱機，則試圖讓這股熱流通過一個循環並從中抽出功來，而且它們會非常在乎自己必須花掉多少熱量。