열용량과 비열 용량의 차이는?

열용량과 비열 용량의 차이는 무엇일까요?

비열 용량의 정의

비열 용량(Specific heat capacity)은 물질의 온도를 섭씨 1도 올리는 데 필요한 열의 양을 의미합니다. 비열의 단위는 보통 그램-켈빈당 줄입니다. 18세기에 스코틀랜드의 과학자인 조지프 블랙은 같은 질량의 다른 물질들이 같은 온도 간격을 통해 열을 올리려면 다른 양의 열이 필요하다는 것을 알아냈습니다. 이 관찰 덕에 그는 비열 용량의 개념을 정립할 수 있었습니다. 그리고 시간이 흘러 19세기 초에 프랑스의 물리학자인 피에르 루이 뒬롱과 알렉시 테레즈 프티는 물질의 비열 용량을 측정하면 원자 무게의 계산이 가능하다는 것을 증명해냈습니다.

열용량의 정의

그리고 열용량(heat capacity)은 물질에 의해 흡수된 열과 온도 변화의 비율입니다. 일반적으로 도당 칼로리는 고려되는 실제 물질의 양, 즉 물질량을 나타내는 국제단위계의 기본 단위인 몰을 이용해서 표현합니다. 이때 그램 당 칼로리의 열용량을 비열 용량이라고 부르며 칼로리의 정의는 물의 비열 용량에 기초하며 섭씨 1 도당 1칼로리로 정의됩니다. 충분히 높은 온도일 때의 원자당 열 용량은 모든 원소에서 동일한 경향이 큽니다. 만약 원자량이 더 큰 금속일 경우, 이 근사치는 상온에서 이미 좋은 근사치이며, 뒬롱-프티 법칙(Dulong–Petit law)을 낳습니다. 뒬롱-프티 법칙은 온도에 관계없이 모든 결정의 몰 비열 용량이 기체 상수의 세 배라는 법칙입니다. 이는 높은 온도에서는 비교적 정확하게 나타나며, 낮은 온도에서는 차이가 큽니다. 그리고 다른 물질의 경우 열 용량과 온도 변화는 원자의 에너지 수준 차이, 즉 사용 가능한 양자 상태에 따라 달라집니다. 열용량은 다양한 열량계를 사용하여 측정되며, 열역학 제3법칙의 공식을 사용하여 열용량 측정은 다양한 물질의 엔트로피를 결정하는 수단으로 중요하게 여겨지고 있습니다.

열용량과 비열 용량의 차이

그럼 열용량과 비열 용량에는 서로 어떤 차이가 있을까요? 열용량과 비열 용량은 혼용돼서 사용되는 경우도 많으며 정의상 이 둘은 매우 흡사한 성격을 띠고 있어 헷갈리는 경우가 많습니다. 하지만 비열 용량에는 열용량에 비해 다른 추가 변수가 있다는 정도의 약간의 차이가 존재합니다. 열용량은 물질의 온도가 1도 변화하는데 필요한 열이므로 이것은 어떤 유형의 물질에도 적용 가능합니다. 열용량은 공식상으로는 C = Q / ∆T로 표시하며, 여기서 C는 열용량, ∆T는 온도 변화, 그리고 Q는 열전달을 나타냅니다. 즉 열용량은 온도 변화에 대한 열전달의 비율입니다. 그리고 국제단위계인 SI 단위 표기법으로는 에너지/도 단위 공식을 사용하는데, 이는 켈빈에 대한 줄의 비율인 C = J / K의 비율로 공식화됩니다. 이때 J는 줄, K는 켈빈입니다. 반면에, 비열 용량은 정의상으로는 열용량과 비슷하지만, 이는 물질의 질량의 단일 단위의 온도를 1도 조절하는 데 필요한 열을 의미한다는 차이가 있습니다. 특정 물질들의 양이 열용량에 정비례하기 때문에 물리적 특성 측면에서 열용량이란 광범위한 변수로 존재합니다. 즉, 문제가 클수록 결과 열용량도 커집니다. 반면에 비열 용량은 집중 변수입니다. 이는 일반적으로 어떤 물질에도 속하지 않고 특정 물질에 속하는 속성을 의미합니다. 이 덕에 과학자들과 전문가들이 집중 변수를 사용하여 실험을 하는 것을 더 편리하게 만들어줍니다. 즉 결론적으로 열용량은 광범위한 변수인 반면 비열 용량은 더 집중적인 변수입니다. 그리고 비열 용량은 국제 측정 표준에서 권장하는 방정식에 질량 단위가 존재하며, 이는 열용량보다 이론 및 실험에 이용하기 더 적합합니다.