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비열

[ specific heat , 比熱 ]

어떤 물질 1g의 온도를 1℃만큼 올리는 데 필요한 열량이다.

일반적으로 질량이 m(g) 인 물질이  Q(cal)만큼의 열량을 공급받을 때 ΔT(°C)만큼의 온도변화가 발생했다면 이 물질의 비열은 다음의 식에 의해 얻어진다.

(cal/g·℃)

어떤 물질 1g을 1℃ 올리는 데 드는 열량은 물질에 따라 다르다. 예를 들어, 1g의 물을 1℃ 올리는 데 드는 열량은 1cal이고 1g의 구리를 1℃ 올리는데 드는 열량은 0.0924cal 이다. 이는 물질이 갖는 고유한 특성 중의 하나이다.



비열값은 실험을 통하여 얻어지게 되는데 실험 조건에 따라 일정한 압력 하에서 측정한 비열(정압비열:specific heat at constant pressure: )과 일정한 부피 상태로 측정한 비열(정적비열:specific heat at constant volume: )은 그 값이 서로 다르다. 고체와 액체의 경우 두 비열값의 차이가 거의 없으며 또 열을 가할 때 일정한 부피를 유지하도록 만들기 어렵기 때문에 정압비열을 그 물체의 비열로 한다. 그러나 기체는 가열하면 열팽창에 의하여 외부압력에 대해 일을 하게 되므로 압력이 일정한 경우와 부피가 일정한 경우의 비열이 달라지게 된다.

부피를 일정하게 유지하면서 가열할 경우 가해진 열은 모두 용기내 기체를 가열하는 데만 쓰여진다. 그러나 무게 의 피스톤으로 눌려지고 있는 기체를 가열하면 기체는 일정압력 (A는 피스톤 면적)을 유지하면서 팽창하여 만큼의 일을 하게 된다. 즉, 가한 열의 일부는 내부 기체를 가열하고 일부는 피스톤을 밀어 올리는 일을 하는 데 사용되게 된다. 따라서 정압비열은 항상 정적비열보다 크게 된다. 기체의 경우 정적비열에 대한 정압비열의 비, 를 비열비(specific heat ratio) 또는 단열비(adiabatic exponent)라 하고 이는 기체의 단열과정에서 매우 중요한 의미를 갖는 지수이다.

비열의 차이에 의해 발생하는 해륙풍
위의 표에서 볼수 있는 바와 같이 물은 우리 주변의 물질 중에서 가장 비열이 크다. 낮동안 태양은 바다와 육지에 동일한 열량을 전달하지만 육지의 낮은 비열로 인해 육지의 기온이 바다의 기온보다 높아지게 된다. 이로 인해 바다의 차가운 공기가 육지의 더운 공기를 밀어내게 되어 바다에서 육지쪽으로의 해풍이 불게 된다. 반대로 밤 동안에는 육지가 바다보다 빨리 차가워지므로 바다의 기온이 높게 되어 육지에서 바다로의 육풍이 불게 된다.

분자열은 비열에 분자량을 곱한 것, 즉 1㏖인 물체의 열용량을 말하며, 몰비열이라고도 한다. 이 값은 분자가 1개의 원자로 이루어지는 1원자분자의 경우에는 약 3㎈/deg, 산소·수소 등 2개의 원자로 이루어지는 2원자분자의 경우에는 약 5㎈/deg의 값(정적비열)을 가진다. 실험에 의하면 정압비열은 이 값보다 약 2㎈/deg씩 커진다는 것이 밝혀졌다.

또, 비열에 원자량을 곱한 것, 즉 원자 1몰(mol)에 대한 열용량을 원자열이라고 한다. 대부분의 고체원소는 이 값이 약 6㎈/deg인 것으로 알려졌다. 이것을 뒬롱-프티의 법칙이라고 하는데, P.L.뒬롱과 A.T.프티가 실험 결과 1819년에 발표한 것으로 원자량 추정에 이용한다.

[출처] 비열 | 두산백과

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