水比热的“巧合”

许多人的健康正受到“肥胖”的困扰。在美食的诱惑面前，我们熟悉了一个叫“卡路里”的词。卡路里简称卡，是由英文Calorie音译而来，缩写为cal，它是能量的单位。

在科学上，我们定义1卡的大小为：在1个标准大气压下，将1克水提升1℃所需要的热量。我们知道，在国际单位中，能量的单位是以英国科学家焦耳的名字命名的。正是焦耳，通过长期的研究证明，物体做功和热传递在本质上是等效的，所以就有“热功当量”一词，从数据上考虑就是1卡相当于4.186焦。

国际单位中虽然只用焦耳为能量的单位，但按照传统习惯，在中国、美国等国家，卡路里还是在日常生活中被广泛地应用着，特别是在健身消耗热量表、食物的标签上。

后来科学家发现，“在1个标准大气压下，将1克水提升1℃所需要的热量为1卡”，这1卡的大小也会发生微小的变化。如将1克纯水从1℃加热到2℃时所需要的热量，比将1克水从31℃加热到32℃时所需要的热量约多1%。

这样，在不同的领域里，对卡路里的定义也有细微的变化：

营养学上用的是“15℃卡路里”，即在1个标准大气压下，将1克水由14.5℃提升到15.5℃所需的热量为1卡，约等于4.1855焦耳。

由于水的密度是以标准大气压下4℃的纯水定义为1g/cm3的，所以就有“4℃卡路里”，即在标准大气压下，将1克水从3.5℃提升到4.5℃所需的热量。

此外，还有“平均卡路里”，即在标准大气压下，将1克水从0℃提升到100℃所需的摄氏度热量的平均数，约等于4.190焦耳。

将1克不同物质提升1℃，所需要的热量是不同的：水需要1卡，而煤油仅需要0.5卡左右。这就说明，不同物质吸（放）热的能力不同。相对来说，水的吸（放）热的能力最大，我们把物质的这种吸（放）热的能力称为物质的比热容，简称为比热。

水的比热很大，又由于水在现实生活中随处可见，这样，大比热的水对自然环境、人类生活影响非常大。

在很早之前，人们就开始利用水来冷却内燃机（包括汽油机和柴油机）。只是，在北方的冬天，由于气温经常在0℃以下，水会结成冰。为了充分利用液态水比热大、冷却效果好，而又不容易凝固的特征，许多人在作为冷却剂的水中加入了酒精，降低冷却液的凝固点。个人计算机需要散热，现在最常用的散热方式是将CPU产生的热量利用散热板（增加与空气的接触面积的一种装置），再利用风扇散发到空气中去。但是，大型计算机用这种散热方式是远远不够的，现在许多大型计算机的冷却系统就是利用水的大比热特征来循环散热。

北方的冬天，许多城市都有供暖系统。供暖系统在室内有许多散热片，而散热片内流动着热水，热水的热量通过散热片传递给室内的空气，这都是利用水的比热大的特性。

我国南方，水稻种两季。春季播种水稻种子时，还是早春时节，气温较低。当秧苗正在生长时，夜晚过低的气温往往会冻坏秧苗。如果没有塑料薄膜的保温作用，农民会采用“浅水勤灌”的方式，用水的大比热这个特征，来保护秧苗。“浅水勤灌”就是在傍晚时，在秧田里灌入一些水，等到第二天太阳出来后，再把秧田中的水放掉。因为水的比热大，即便降温幅度很大，水降温也不大，这无疑能对秧苗起到保温的作用。

类似于水对秧苗的“保温”作用，水对气候的调节作用也非常明显。同样纬度的浙江与新疆，浙江是海洋性气候，冬季不太冷，夏季不太炎热，还有充沛的降水，而新疆则是内陆地区的大陆性气候，冬天寒冷干燥，夏天炎热少雨。

在古代，没有空调、电扇、冰箱，帝王贵胄、高官显宦们如何避暑纳凉？在唐朝，皇帝就有专门避暑的凉殿，凉殿中安装了机械传动的制冷设备，利用冷水循环的方法，用扇轮转摇，产生风力，将冷气传往殿中。同时，还利用机械将冷水送向屋顶，任其沿檐流下，形成水帘，达到消暑的目的。虽然唐朝时期的人们不懂得有“比热”这个科学概念，但他们总结出丰富的实践经验，已经能利用“水的比热大”这个特性为生活所用。

由于水的比热大于陆地上的沙石，所以很容易在沿海地区形成季风。如我国东南沿海地区夏季盛行东南夏季风，而冬季盛行西北冬季风。夏季时，由于陆地的沙石比热比海水小，升温就比海水快，陆地上空气密度较小，空气上升后，海面上空气就流向陆地来补充，形成了海风。而到了冬季正好相反，形成陆风。

水是生命之源，生物体没有水是不可生活的。而发生在“水”身上又有那么多“巧合”的事，这让我们不得不对水“另眼相看”了。

我们要保护水资源，仅仅因为水的比热大这一特征也是需要的，何况水对生命来说远远不止这个特征。