热与量热学
热总是从较热的物体流向较冷的物体，绝不会反向流动，直到两者达到相同的温度为止。所需的能量多少取决于三个因素：你要加热的物质有多少、它是由什么材料构成的，以及你想要达到多大的温度变化。
公式
Q = m · c · ΔT
- Q — 热量 (J): 以热的形式传入或传出物体的能量
- m — 质量 (kg): 正在被加热或冷却的物质的多少
- c — 比热容 (J/(kg·K)): 使一千克该材料升高一开尔文所需的能量
- ΔT — 温度变化 (K): 最终温度与初始温度之间的差值
解题示例
使 2 kg 的水升高 5 开尔文需要多少热量？(水的比热容约为 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
自我检测
现在不是 2 kg，而是 4 kg 的水，仍然想使其升高 5 开尔文。需要多少热量？
- 40,000 J
- 160,000 J
- 正确答案: 80,000 J
对了！质量翻倍，所需能量也翻倍:4 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 80,000 J。
回到 2 kg 的水，但现在你想让它的温度升高 10 开尔文，而不是 5 开尔文。需要多少热量？
- 正确答案: 80,000 J
- 40,000 J
- 20,000 J
完全正确——温度变化翻倍，能量也翻倍:2 kg × 4000 J/(kg·K) × 10 K = 80,000 J。
在哪里能看到
同一个下午，海滩上的沙子烫得你的脚发疼，海水却依然凉爽——1千克水每开尔文要吞下约4000焦耳的热量，是沙子所需的好几倍，所以海水整个季节都在缓慢变暖。热汤里的金属勺则展示了另一面：比热容小，温度变化就快。
常见误区
最深层的混淆是把热量和温度当成一回事——温度是分子平均运动得多快，热量是传递中的能量，而两者之间的“兑换率”正是这条定律所表述的：Q = m · c · ΔT。接下来注意正比关系：质量翻倍，能量就翻倍（2 kg × 4000 J/(kg·K) × 5 K = 40,000 J，换成 4 kg 就变成 80,000 J），温度变化翻倍同样如此。不同的材料付出的“费率”确实不同。
关联知识
理想气体定律告诉你气体的温度如何决定它的压强；而这一课是改变温度的“价目表”——质量、材料、变化量，相乘得出结果。下一课的热机则试图让这股热流循环起来并从中提取功，而它们会非常在意自己不得不花掉多少热量。