編寫者嚴文宏老師 第二章 溫度與熱量

1. 編寫者嚴文宏老師第二章　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

2. 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。

3. 汽車熱污染 • 汽車熱污染

4. 熱污染 • 焚化爐

5. 二氧化碳 • 溫室效應 • 二氧化碳太多

6. 溫室效應 • 溫室效應 太嚴重 ，會造成 兩極冰山 溶解， 淹沒陸地 全球 氣候 變遷。

7. 熱污染 • 溫室效應 • 二氧化碳太多 • 北極冰層變薄 • 北極熊可能絕種 • 食物短缺

8. 熱污染 • 熱污染的現像 • 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受到相當程度的影響,有怪魚的出現，這是不是一種”熱汙染”"的現像呢？

9. 溫度計 • 溫度計製作 • 溫標種類 • 溫標換算

10. 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

11. 體溫 • 女性平均體溫比男性略高

12. 冷血動物

13. 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。

14. 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

15. 溫度計

16. 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

17. 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。

18. 固體的膨脹 • 線膨脹與公式 • 物體線膨脹 • 面膨脹與體膨脹

19. 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

20. 自控開關 雙金屬自動控制開關

21. 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）

22. 液體的膨脹 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℃ • 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。

23. 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

24. 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

25. 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

26. 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 H=msT

27. 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）

28. 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。

29. 對流 傳導 與 輻射

30. 對流

31. 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。

32. 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)

33. 物質的三態 • 物質的三態 • 狀態 • 固態 • 有一定體積、有一定形狀 • 液態 • 有一定體積、沒有一定形狀 • 氣態 • 沒有一定體積、沒有一定形狀 無固定形狀:氣態與液體

34. 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

35. 物態變化

36. 物態變化溫度與供熱時間關係

37. 水熱量計算過程 （冰的熔化熱80卡/克，水的汽化熱540卡/克） • 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

38. 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)

39. 復冰現象 • 復冰現象

40. 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

41. 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。

42. 熱功當量 能量轉換與熱功當量 焦耳實驗圖

43. 內燃機 內燃機===柴油引擎

44. 內燃機

45. 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

46. 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 ‧

47. 查理定律 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。

48. 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

49. 氣體動力理論 • 氣體動力理論推導：PV = NkT（補充） • 式中N為氣體分子數，k = 1.38 ×10−23焦耳/K （補充） • 定量的氣體，其壓力、體積及絕對溫度T的關係為 PV = nRT • 式中n為氣體莫耳數，R值為 0.082公升 −大氣壓/莫耳 −K

50. 氣體碰撞器壁 氣體正面碰撞器壁