熱容量：定義、単位、比熱容量、CpとCv、測定と用途

定義と単位

熱容量（C）は、加えた熱量Qを生じた温度変化ΔTで割った値として定義される。すなわち、C = Q / ΔT である。熱容量は広延量であり、一般に物体が大きいほど熱容量も大きい。SI単位はジュール毎ケルビン（J・K−1）である。質量あたりで表した示量性をもたない形は比熱容量といい、c = C / m で表され、しばしばJ・kg−1・K−1を単位とする。物質量あたりに規格化したものはモル熱容量（J・mol−1・K−1）と呼ばれる。質量の単位にはグラムやキログラムがよく用いられ、熱容量Cと比熱容量cの換算には質量が関係する。

性質と例

熱容量は物質の種類、温度、相に依存する。固体・液体・気体では挙動が異なり、ほとんどの物質の熱容量は温度によって変化する。相変化の近くでは潜熱が支配的となるため、温度を変えずに吸収されるエネルギーを考慮して、単純なC = Q / ΔTという記述を補う必要がある。

• 水は比較的高い比熱容量をもち、自然界や技術分野で温度変化を緩和する。
• 金属は一般に比熱容量が低く、同じエネルギーを加えた場合、より速く加熱または冷却される。
• 実験室でよく区別される量に、定圧熱容量Cpと定積熱容量Cvがある。これらは気体および熱力学計算で重要である。

歴史と測定

熱容量の初期の定量的研究は、18～19世紀の熱量測定法の発展とともに進んだ。科学者たちは、物質ごとに温度を1度変化させるために必要な熱量が異なることを明らかにした。実用的な測定には熱量計のほか、示差走査熱量測定などの手法が用いられる。気体では、圧力または体積を一定にして測定することで、それぞれCpおよびCvが得られる。デュロン＝プティの法則のような経験則は、高温における多くの固体のモル熱容量を近似する。

用途と重要性

熱容量は多くの分野に現れる。気候科学では、海洋の大きな熱容量が温度変化を遅らせる。工学や電子工学では、熱を効率よく蓄え、あるいは放散できる材料が選ばれる。熱エネルギー貯蔵システムでは、高い比熱容量をもつ材料を温度変動の緩衝に利用する。また、調理器具、建築材料、断熱材は、熱容量に関する性質を基準の一つとして選定される。

区別と注目すべき事項

重要な区別には、熱容量（広延量）と比熱容量・モル熱容量（示量性をもたない量）の違い、定圧値と定積値の違い、ならびに熱容量と相変化に伴う潜熱の違いがある。正確に扱うには、単位に注意し、精密な計算では温度依存性も考慮する必要がある。

特定の物質についてのより広範な背景情報や数値表は、材料データベース、熱および温度に関する一般的な資料、またはグラムあたり・質量あたりの値を掲げた技術表を参照できる。