編寫者嚴文宏老師編寫者嚴文宏老師第二章　溫度與熱量第二章　溫度與熱量•熱平衡與溫度 •溫度計 •熱膨脹•熱量與比熱 •熱的傳播 •物質的三態與潛熱•熱與其他能量的相互轉換•理想氣體的性質

熱平衡與溫度熱平衡與溫度‧熱平衡：冷熱不同物體接觸，熱量由高傳至低溫，直到溫度相等形成熱平衡。‧物體達成熱平衡，溫度相同。

汽車熱污染汽車熱污染 汽車熱污染汽車熱污染

熱污染熱污染 焚化爐焚化爐

二氧化碳二氧化碳 溫室效溫室效應應 二氧化二氧化碳太多碳太多

溫室效應溫室效應 溫室效應溫室效應太嚴重太嚴重，會造成，會造成兩極冰山兩極冰山溶解，溶解，淹沒陸地淹沒陸地全球全球氣候氣候變遷。變遷。

熱污染熱污染 溫室效應溫室效應 二氧化碳太多二氧化碳太多 北極冰層變薄北極冰層變薄 北極熊可能絕種北極熊可能絕種 食物短缺食物短缺

熱污染熱污染 熱污染熱污染的現像的現像 想想看：核三廠在恒春貓鼻頭的附近排放想想看：核三廠在恒春貓鼻頭的附近排放發電冷卻用溫排水，造成附近海域的生態發電冷卻用溫排水，造成附近海域的生態受到相當程度的影響受到相當程度的影響 ,, 有怪魚的出現，這是有怪魚的出現，這是不是一種”熱汙染”不是一種”熱汙染” ""的現像呢？的現像呢？

　　溫度計溫度計•溫度計製作•溫標種類•溫標換算

溫度計製作與種類溫度計製作與種類•溫度計：利用熱脹冷縮性質•常見種類： 1 電子式 2 水銀式 3酒精溫度計

體溫體溫 女性平均體溫比男性略高女性平均體溫比男性略高

冷血動物冷血動物

溫標種類與制定溫標種類與制定•攝氏溫標：水冰點定 0 度，水沸點定為 100 度，冰點與沸點間分刻成 100 分以℃表示•華氏溫標：水冰點定 32 度，水沸點定 212 度，冰點沸點間均分成 180 分， oF 表示•克氏溫標：又稱絕對溫標，溫標間隔和攝氏溫標間隔相同，以 K 表示。

溫標的換算溫標的換算•克氏溫標 T 與攝氏溫標 C 之關係 K = C+273

•攝氏溫標與華氏溫標的換算5 9( 32) 329 5

C F F C 或

溫度計溫度計

　　熱膨脹熱膨脹•熱膨脹定義與種類•1 固體的膨脹 2液體的膨脹 3 氣體的膨脹

熱膨脹的定義與種類熱膨脹的定義與種類‧熱膨脹：大多數物質，當溫度升高時體積會膨脹；溫度降低時體積會收縮。這種現象稱為熱膨脹‧物體熱脹冷縮以氣體最為顯著，液體次之，固體則為最小。

固體的膨脹固體的膨脹•線膨脹與公式•物體線膨脹•面膨脹與體膨脹

線膨脹與公式線膨脹與公式•線膨脹：固體受熱長度增加•線膨脹係數：當溫度升高 1℃時，物體長度的增長量與原來長度的比

•△ L 及全長 L 為0L L t

0 1L L t

自控開關自控開關雙金屬自動控制開關

面膨脹與體膨脹面膨脹與體膨脹•物體在 0℃時，其面積為 A0 ，當溫度改變 Δt 時，其面 積變為 A ，則 （ β 面膨脹係數，約為線膨脹係數的 2 倍）•物體在 0℃時，其體積為 V0 ，當溫度改變 Δt 時，其體 積變為 V ，則 （ γ 體膨脹係數，約為線膨脹係數的 3 倍）

0 1V V t

0 1A A t

液體的膨脹液體的膨脹•液體的膨脹一般較固體為大，其膨脹公式與固體膨脹相類似。•水在 4℃時密度最大，體積最小。

體積變小密度變大　　體積變大密度變小

體積變大密度變小　　體積變小密度變大0 ℃ 　 4 ℃ 100 ℃

氣體的膨脹氣體的膨脹•氣體膨脹與壓力有關係•壓力一定時，氣體體積的改變量 ΔV 與溫度的改變量 Δt 成正比•查理定律：壓力一定，溫度升降攝氏一度 • 一定質量的氣體其體積隨之增減其在 0℃時體積的 1/273

0

0

1 1/273

o C

PPT T

常數

0 0

0

0

V V V V t

V VT T

常數

熱量與比熱熱量與比熱•卡與比熱的定義•常見物質的比熱 •熱量公式與熱容量

比熱的定義比熱的定義比熱：使 1 克物質升高 1℃所吸收的熱量單位： cal ／ g ℃公式： ΔH ＝ m s Δt比熱大的物質 : 溫度 難升難降。想一想 : 大陸型氣候與海洋型氣候的差別

熱量公式與熱容量熱量公式與熱容量•熱容量：物質升高 1℃所需的熱量， C = ms

•熱量公式： H = ms∆t

使質量 m 克物質，比熱 s 卡 / 公克－℃，溫度 升高 t℃，所需熱量 H 卡，則 H = ms∆t

例題例題冷熱物質的混合，若過程沒有熱量損失，則低溫物體吸收的熱量 = 高溫物體放出的熱量鐵比熱為 0.11 卡 / 公克－℃ ，要使一個 400 公克的鐵鍋，溫度由 20℃上升到 220℃，至少需供應給多少的熱量？由 H = ms∆t

得 H = 400 ×0.11 × （ 220 − 20 ） =

8800 （卡）

熱的傳播熱的傳播 •傳導：熱量經過一靜止的物質，從高溫的地方傳到低溫的地方的方式。

•對流：熱量可以經由氣體或液體流動而隨著傳遞的方式。•輻射：凡不藉任何物質作媒介，將熱直接自熱源傳至他處的方式。

對流 傳導 與 輻射對流 傳導 與 輻射

對流對流

輻射熱的特性輻射熱的特性•熱輻射傳遞比傳導、對流方式快。速度與光速同。•任何一物體恆在放射輻射熱，同時也吸收入射 至其表面上的輻射熱。

物質的三態與潛熱物質的三態與潛熱•影響物態變化與潛熱•物態變化•物態變化溫度與供熱時間關係潛熱( 汽化熱 )( 熔化熱 )

物質的三態物質的三態 物質的三態物質的三態 狀態狀態

固態固態 有一定體積、有一定形狀有一定體積、有一定形狀

液態液態 有一定體積、沒有一定形狀有一定體積、沒有一定形狀

氣態氣態 沒有一定體積、沒有一定形狀沒有一定體積、沒有一定形狀

無固定形狀無固定形狀 :: 氣態與液體氣態與液體

影響物態變化與潛熱影響物態變化與潛熱潛熱：物質從固態到液態，或從液態到 氣態，所需的熱。水的汽化熱 540 卡 / 公克 冰的熔化熱 80 卡 / 公克影響物態變化的因素 ---- 溫度與壓力

物態變化物態變化固態 液態 氣態

熔化 汽化

凝固 凝結

昇華

物態變化溫度與供熱時間關係物態變化溫度與供熱時間關係

水熱量計算過程水熱量計算過程•冰熔化成水，水變成水蒸氣的過程，（補充） 所需吸收的熱量分段計算為 零下冰→ 0℃冰→ 0℃水→ 100℃水→ 100℃水蒸氣 → 100℃以上水蒸氣

（冰的熔化熱 80 卡 / 克，水的汽化熱 540 卡 / 克）

例題例題10 公克− 5℃的冰塊，欲加熱使冰塊變成 100℃的水蒸氣時，所加的熱量為若干？ ( 不計熱量的損失，且水、冰之比熱分別為 1 卡 / 公克－℃、 0.5 卡 /公克－℃ )解：依題意− 5℃的冰塊受熱過程為 −5℃的冰 0℃冰 0℃水 100℃水 100℃水蒸氣 所以需供應熱量為 H = 10 ×0.5 ×5 + 80 ×10 + 10 ×1 ×(100 − 0) + 539 ×10 = 7215 ( 卡 )

復冰現象復冰現象 復冰現象復冰現象

熱與其他能量的相互轉換熱與其他能量的相互轉換•能量轉換與熱功當量•焦耳實驗裝置

能量轉換與熱功當量能量轉換與熱功當量• J 稱為熱功當量 J ＝ 4.2 焦耳 / 卡 即每 4.2 焦耳的功可轉換為 1 卡的熱一焦耳是 0.24 卡•熱是一種能量，能量間可互相轉換。

熱功當量熱功當量能量轉換與熱功當量

焦耳實驗圖

內燃機內燃機內燃機 ===柴油引擎

內燃機內燃機

理想氣體的性質理想氣體的性質•波以耳定律•查理定律•波以耳－查理定律與氣體動力理論 •氣體碰撞器壁

波以耳定律波以耳定律‧波以耳定律：溫度一定時 , 定量的氣體，壓力與體積成反比。 P1V1 ＝ P2V2＝常數‧

查理查理定律定律查理定律：一定量氣體 , 壓力一定時，溫度每升降攝氏一度時，體積隨之增減其在 0℃時體積之 1/273 。

波以耳－查理定律波以耳－查理定律•波以耳－查理定律：定量的氣體，其壓力、體積及絕 對溫度 T 的關係為 （理想氣體方程式）式中 n 為氣體莫耳數， R值為 0.082 公升 − 大氣壓 /莫耳 − K

1 1 2 2

1 2

P V P VnR PV nRT

T T 或

氣體動力理論氣體動力理論 氣體動力理論推導：氣體動力理論推導： PVPV = = NkTNkT （（補充）補充） 式中式中 NN 為氣體分子數，為氣體分子數， kk = 1.38 ×10 = 1.38 ×10−−2323焦耳焦耳 //K K （（補充）補充） 定量的氣體，其壓力、體積及絕對溫度定量的氣體，其壓力、體積及絕對溫度 TT的關係為 的關係為 PVPV = n = nRTRT 式中式中 nn 為氣體莫耳數，為氣體莫耳數， RR 值為 值為 0.0820.082 公公升 升 −− 大氣壓大氣壓 // 莫耳 莫耳 −− KK

氣體碰撞器壁氣體碰撞器壁

氣體正面碰撞器壁

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