열용량

어떤 물체를 1℃ 높이는 데 필요한 열량. 단위는 kcal/℃

어떤 물질의 온도를 올리는 데 필요한 열량은 물질의 특성과 물질의 양에 따라 다르다. 예를 들어, 냄비 속의 물을 1도 올리는 것과 호수 전체의 물을 1도 올리는 데 필요한 열은 확연히 다르다. 또한, 쇳덩어리 1kg과 물 1kg의 온도를 1도 올리기 위한 열 역시 다를 것이다. 전자는 질량 차이, 후자는 물질의 비열 차이로 인해 나타난다.

물질의 열용량(heat capacity)$(C)$은 물질의 온도를 1℃ 올리는 데 필요한 열의 양이다. 즉, 어떤 물질에 열을 가해 온도가 $\Delta T$만큼 변했을 때의 열 $Q = C\Delta T$가 된다. 비열(specific heat)은 단위 질량당 열용량이다. 비열이 낮을수록 열을 가해 물질의 온도 변화를 일으키기 쉽다. 어떤 물질의 비열이 $c$, 질량이 $m$이며, 그 물질에 열을 가해 온도가 $\Delta T$만큼 변했다면 비열이 일정하다는 가정하에 그 물질에 가해진 열 에너지의 양은 $Q = cm\Delta T$이다. 이때 $\Delta T$가 양수이면(물질의 온도가 올라가면) $Q$ 또한 양수이므로 외부에서 물질로 에너지가 들어온 것이며, 반대로 $\Delta T$가 음수이면(물질의 온도가 내려가면), 물질에서 외부로 에너지가 빠져나간다. 만약 온도가 변함에 따라 물질의 비열 또한 변한다면 열의 양은 $Q = m\displaystyle\int_{T_\text i}^{T_\text f} c\, \text d T$로 구할 수 있다($T_\text i, T_\text f$는 각각 처음 온도와 나중 온도).

열이나 일의 본질은 에너지이므로, 열과 일의 양을 환산하여 비교해 보면 다음과 같다.

여기서 J를 열의 일당량이라 하며 426.8 kgf·m/kcal 이다.

이에 따라, 1 kcal는 426.8 kgf·m가 된다. W의 단위를 J(줄)로 할 경우 1 kgf = 9.80665 N라 하면 4,185.47822 J이 된다. 따라서 1 kcal는 4,185.47822 J이다. (1 cal ≒ 4.2 J)