热量Heat是什么：从11个维度讨论
温度是粒子平均动能的量度。
1.热量的定义
热量是因温度差异而在系统或物体之间传递的热能。热能反过来是振动和碰撞粒子的动能。热量自然地从一个较热的物体自发地传递到一个较冷的物体。重要的是要注意，热量是传递中的能量；它不是作为物体的内在属性而储存的。
2.符号和单位
热量的常用符号是‘Q’。在国际单位制（SI）中，热量的标准单位是焦耳（J）。另一个单位是卡路里（cal），1卡路里是将1克水在大气压下的温度提高1摄氏度所需的热量量。英热单位（BTU）是另一个常见的单位。
3.符号约定
在物理方程中，热量传递的符号约定指示能量流动的方向。系统吸收的热量是正的（Q > 0），表明系统的内能增加。相反，系统释放的热量是负的（Q < 0），表示内能减少。
4.热量和温度的区别
热量和温度是密切相关但不同的概念。温度是物质中粒子平均动能的量度，它决定了热量传递的方向。另一方面，热量是由于温度差异而产生的能量传递。它是能量运动的过程，而温度是一个状态函数，描述了系统的热状态。
5.物质如何获得和失去热量
物质通过传导、对流和辐射的过程获得或失去热量：
传导是在不移动材料本身的情况下通过材料传递热量。它在固体中最容易发生。
对流涉及流体（液体或气体）的运动，携带热量。例如，在沸水中，热水上升，冷水下降。
辐射是通过电磁波传递热量，可以在真空中发生（如太阳的热量到达地球）。
6.使用热容量的热量公式
计算物质吸收或释放的热量的一种方法是使用其热容量。热容量是改变一定量物质的温度一度所需的热量量。公式是：
Q = mc Δ T
其中：
Q是添加或移除的热量，
m是物质的质量，
c是比热容（将1公斤物质的温度提高1摄氏度所需的能量），
ΔT是温度的变化。
示例计算
例如，计算将2公斤（kg）水从20°C加热到100°C所需的热量：给定：
m = 2公斤（水的质量），
c = 4.186 kJ/kg°C（水的比热容），
ΔT= 100°C − 20°C = 80°C
所需的热量Q是：Q = 2kg × 4.186 kJ/kg°C × 80°C = 669.76 kJ
7.热平衡和热力学零定律
热平衡是一个概念，其中两个接触的物体不交换热量，因为它们处于相同的温度。热力学零定律指出，如果两个系统与第三个系统处于热平衡，它们也彼此处于热平衡。这条定律构成了温度测量的基础，并强调了温度作为物质属性的基本性质。
8.热量和熵
热量传递、熵和热力学第二定律之间的关系说明了自然界的一个基本原则：能量倾向于分散，系统趋向于更高熵的状态。
熵，表示为 S，是系统中无序或随机性的度量。在热力学术语中，它量化了系统可以排列的方式数量，通常被解释为系统中不确定性或能量分散的度量。
当系统中添加或移除一定量的热量 Q 在温度 T 下，熵变 Δ S 的数学表达式是：
Δ S = TQ
Q = Δ S/ T
当热量传递发生在恒定温度下时，此公式适用。
9.热力学第二定律
热力学第二定律规定，一个孤立系统的总熵永远不会随时间减少，并且只有在所有过程都是可逆的情况下才是恒定的。换句话说，宇宙趋向于更大的无序或熵。
例如，考虑100焦耳的热量从一个400 K的热库传递到一个300 K的冷库。计算系统的熵变。
求解过程：
1）热库的熵变（熵减少）：使用 Δ S = TQ ，热库的熵变（表示为 Δ S hot）是：
Δ S hot = −100 J / 400 K = −0.25 J/K
负号表示熵减少。
2）冷库的熵变（熵增加）：同样，冷库的熵变（表示为 Δ S cold）是：
Δ S cold = 100 J / 300 K ≈ 0.33 J/K
3）系统的总熵变：Δ S system = Δ S hot + Δ S cold = −0.25 J/K + 0.33 J/K = 0.08 J/K
总熵变（Δ S system > 0）的正值符合热力学第二定律，因为这次热量传递导致熵增加。
10.热量传递和熵
当热量从一个物体传递到另一个物体时，系统的熵会发生变化。热量自然地从高温物体流向低温物体。在这个过程中：
失去热量的物体的熵减少。
获得热量的物体的熵增加。
宇宙的净熵变是正的。
11.热量和焓
焓，表示为 H，是热力学系统总热含量的度量。它对于计算在恒定压力下发生的过程的热量变化非常有用。焓定义为：
H = U + PV
其中：
U 是系统的内能，
P 是压力，
V 是体积。
对于恒定压力下的过程，焓变 Δ H 等于吸收或释放的热量：Δ H = Qp
其中 Qp 是恒定压力下的热量传递。
例如，假设100克水在恒定压力下从20°C加热到100°C。计算水吸收的热量和焓变。假设水的比热容是4.18 J/g°C。
求解过程：
1）计算吸收的热量（ Q）：给定：
m =100g
c =4.18J/g°C
Δ T =100° C −20° C =80° C
使用公式 Q = mc Δ T：Q = 100 × 4.18 × 80 = 33440 J
2）计算焓变（Δ H）：对于恒定压力下的过程，Δ H = Q。
Δ H =33440J
在这些条件下，水吸收的热量是33,440焦耳，水的焓变也是33,440焦耳。这个例子说明了在恒定压力情况下热量和焓之间的直接关系，在化学和其他热力学领域很常见。焓特别适用于描述化学反应和反应及形成焓的热量变化。
