卡路里和能量均分定理

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卡路里和能量均分定理之间的区别

卡路里 vs. 能量均分定理

卡路里（Calorie，縮寫為cal），簡稱卡，其定義為將1克水在1大氣壓（101.325kPa）下提升1攝氏度所需要的熱量。. 在经典統計力學中，能量均分定理（Equipartition Theorem）是一種聯繫系統溫度及其平均能量的基本公式。能量均分定理又被稱作能量均分定律、能量均分原理、能量均分，或僅稱均分。能量均分的初始概念是熱平衡時能量被等量分到各種形式的运动中；例如，一个分子在平移運動时的平均動能應等於其做旋轉運動时的平均動能。 能量均分定理能够作出定量預測。类似于均功定理，对于一个给定温度的系统，利用均分定理，可以計算出系統的總平均動能及勢能，從而得出系统的熱容。均分定理還能分別給出能量各個组分的平均值，如某特定粒子的動能又或是一个彈簧的勢能。例如，它預測出在熱平衡時理想氣體中的每個粒子平均動能皆為(3/2)kBT，其中kB為玻爾兹曼常數而T為溫度。更普遍地，無論多複雜也好，它都能被應用於任何处于熱平衡的经典系統中。能量均分定理可用於推導经典理想氣體定律，以及固體比熱的杜隆-珀蒂定律。它亦能夠應用於預測恒星的性質，因为即使考虑相對論效應的影響，该定理依然成立。 儘管均分定理在一定条件下能够对物理现象提供非常準確的預測，但是當量子效應變得显著時（如在足够低的温度条件下），基于这一定理的预测就变得不准确。具体来说，当熱能kBT比特定自由度下的量子能級間隔要小的時候，該自由度下的平均能量及熱容比均分定理預測的值要小。当熱能比能級間隔小得多时，这样的一個自由度就說成是被“凍結”了。比方說，在低溫時很多種類的運動都被凍結，因此固體在低溫時的熱容會下降，而不像均分定理原測的一般保持恒定。對十九世紀的物理學家而言，這种熱容下降现象是表明經典物理学不再正確，而需要新的物理学的第一個徵兆。均分定理在預測電磁波的失敗（被稱为“紫外災變”）普朗克提出了光本身被量子化而成為光子，而這一革命性的理論對刺激量子力學及量子場論的發展起到了重要作用。.

焦耳

耳（簡稱焦）是國際單位制中能量、功或热量的導出單位，符号為J。在古典力學裏，1焦耳等於施加1牛頓作用力經過1公尺距離所需的能量（或做的機械功）。在電磁學裏，1焦耳等於將1安培電流通過1歐姆電阻1秒時間所需的能量。焦耳是因紀念物理學家詹姆斯·焦耳而命名。 以其它單位表示， 1焦耳也可以定義.

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比熱容

比熱容（Specific Heat Capacity，符號c），簡稱比熱，亦稱比熱容量，是熱力學中常用的一个物理量，表示物体吸热或散热能力。比热容越大，物体的吸热或散热能力越弱。它指單位質量的某種物質升高或下降單位温度所吸收或放出的熱量。其國際單位制中的單位是焦耳每千克開爾文，即令1公斤的物質的溫度上升1开尔文所需的能量。根據此定理，最基本便可得出以下公式： m是质量，单位千克（kg）。 ΔT是温度变化，单位开尔文（K）。 當比熱容越大，該物質便需要更多熱能加熱。以水和油為例，水和油的比熱容分別约为4200 J/(kg·K)和2000 J/(kg·K)，即把水加熱的熱能是油的約2.1倍。若以相同的熱能分別把水和油加熱的話，油的温升將比水的温升大。 比熱容的符號是c，必須為小写，而大写C則為熱容的符號。以水為例，一千克（kg）重的水需要4200焦耳（J）來加熱一开尔文（K）。根據比熱容，便可得出： 比热容在国际单位制中的单位为焦耳每千克开尔文。也可读作焦每千克开、焦耳每千克凯尔文、焦耳每公斤克耳文等。写作J/(kg · K)。焦耳每千克摄氏度与焦耳每千克开尔文在数值上等同。.

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