第三章 熱 第一節 溫度與熱 熱平衡（thermal equilibrium）

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1 第三章 熱 第一節 溫度與熱 熱平衡（thermal equilibrium）
第三章 熱 第一節　溫度與熱 熱平衡（thermal equilibrium） 當孤立的兩個物體互相接觸且可互相傳熱時，其冷熱程度最後會趨於一致，此現象稱為熱平衡。 達成熱平衡的兩個物體具有相同的溫度。

2 熱力學第零定律Zeroth Law of Thermodynamics

3 測量溫度的工具──溫度計（thermometer）
壓力不變的情況下，定量的氣體受熱時，體積會膨脹；冷卻時，則縮小。氣體的體積可以反應出冷熱的程度

4 利用物體熱脹冷縮的性質:水銀和酒精溫度計。

5 利用金屬或半導體的電阻隨溫度變化:電阻溫度計。
金屬電阻隨溫度上升而增加 半導體電阻隨溫度上升而減少 熱敏電阻器thermistor 由含有錳和鎳氧化物的半導體材料混合而成的電阻元件，其電阻隨溫度而變。

6 白金電阻溫度計

7 熱電偶Thermocouple 兩種不同金屬線（銻和銅）聯結成的迴路，若在二個接點分別處在不同的溫度時，此迴路會產生熱電動勢(電壓)而引起電流

8 紅外線溫度計

9 Liquid crystal thermography
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10 Nanothermometer for High Temperature Measurement

11 溫標 量度物體溫度數值的標尺 華氏 1712年，德國物理學家華倫海特（Daniel Gabriel Fahrenheit）將冰與鹽混和後，所能達到的最低溫度訂為0℉，而概略的將人體溫度定為100℉，兩者間等分成100個刻度。

12 攝氏 1742年，瑞典安德斯·攝西阿斯（Anders Celsius）將一大氣壓下的水的沸點規定為0℃，冰點訂為100℃，和現行的攝氏溫標剛好相反。 到1744年才被修成現行的攝氏溫標。 溫標的轉換

13 攝氏長線段 華氏長線段 攝氏短線段 華氏短線段 ＝ ℃ - 0 oF ＝

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15 絕對零度於攝氏-273℃，這是理論上的溫度下限。在接近這個溫度前，氣體已冷凝成液體。
熱力學溫標 （克氏溫標Kelvin, K）、絕對溫標 絕對零度時的溫度定義為0K。 水的三相點，(即三態共存的溫度)，訂為273.16K。 水在標準大氣壓下結冰的溫度，即攝氏溫標0℃，等於克氏溫標273.15K。 優點:不受使用物質的影響，各溫度範圍均能適用。 絕對溫度（K）＝攝氏溫度（℃）＋273 絕對零度於攝氏-273℃，這是理論上的溫度下限。在接近這個溫度前，氣體已冷凝成液體。

16 種類 命名 由來 1atm下 水的冰點 水沸點 刻度 攝氏 溫標 攝氏阿斯 0 °C 100°C 100等份 一等分為1 °C 華氏 華倫海特 32 °F 212 °F 180等分 一等分為1 °F 克氏 克耳文 273K 373K 100等分 一等分為1K

17 ＝ 練習 水銀溫度計浸在冰水中時，水銀柱的長度是3公分；浸在沸水中時，水銀柱的長度為23公分，則： (1) 25℃時，水銀柱的長度為何？
(2) 溫度計浸在某液體中，水銀柱長18公分，液體溫度為何？ ℃ 23 - 3 ℃ - 0 x - 3 ＝

18 練習 用一個讀數不準確的溫度計﹐測量一大氣壓下﹐純水與冰共存時的平衡溫度為－2°C﹐純水沸騰時的溫度為106°C﹐再用此溫度計測量某液體溫度的讀數為20°C﹐求此液體的正確溫度為多少？

19 ＝ 測量某物體的溫度時，發現華氏度數為攝氏度數的2倍，則該物體的溫度為攝氏幾度？ 攝氏160度 2x - 32 x - 0 100 - 0
x - 0 2x - 32 ＝

20 重新設定溫標，使水在一大氣壓下的沸點刻度為0，冰點為100，則下列敘述何者正確？ (A)水的冰點不是32°F (B)水的冰點不是273K (C)水的沸點仍然是173K (D)用此溫標，高山上水的沸點新刻度 仍然為正值 (E)絕對溫標將變成100個刻度。 (D)高山上水的沸點比平地低

21 注意事項 測量物體的溫度時，溫度計和待測物體接觸到達成熱平衡時，溫度計上的讀數才是物體的真正溫度。 溫度計有量測範圍的限制 溫度計應越靈敏越小越好－－Why?

22 玻璃管液體溫度計的玻璃管為何是窄的？ 玻璃球的壁為何是薄的？？ 玻璃管液體溫度計是利用液體受熱體積膨脹的性質來觀察溫度的高低玻璃管的內徑愈小﹐液體受熱時升﹑降愈明顯﹐就愈容易觀察。玻璃球的壁愈薄﹐愈容易與待測物達熱平衡。

23 熱量與比熱 熱質(caloric)說 18世紀廣泛承認的關於燃燒和熱現象的解釋，認為熱的傳遞是熱質——假想的無重量流體——的流動。
高溫物體將一些熱質轉移給低溫物體。

24 能量說 熱功當量實驗: 焦耳從實驗中證實熱是一種能量。 當物體的能量增加 溫度升高或狀態改變。 使物體溫度增加，也可用其他形式的能量轉換。

25 熱量(Heat) 1卡是指將1公克的水，使其溫度從 14.5℃升至15.5℃所需的熱量。
水質量為 m，溫度增加的攝氏度數為ΔT，則增溫所需的熱量 H 為H ＝ m Δ T 英熱單位 1Btu 為使1磅質量的純水，其溫度 由 63℉ 升高到 64℉ 所需的熱量。 1Btu ＝ 252 卡。

26 比熱（specific heat） 水和同質量的其他物質在相同的情況下加熱，欲使升高同量的溫度，所需供應的熱量不相等。 定義:使1克物質上升1℃所需吸收的熱量，為該物質的比熱 物質質量為 m，比熱為 s，而物質溫度增加的攝氏度數為ΔT，則該物質增溫所需的熱量 H 為 H ＝ m s Δ T

27 比熱的測量 混合法：準備保利綸製成的杯子，在其內倒入已知質量和溫度的冷水。將預先置放在沸水（100℃）中的待測金屬塊，取出並放入冷水杯內，達成熱平衡，記下水溫上升的最高值。 便可計算出該金屬的比熱。 保利綸杯內的冷水質量為300克，其初溫為室溫20℃。浸入沸水中的金屬塊質量為200克，即其初溫為100℃，當金屬塊放入冷水後，水溫上升至30℃，則此金屬塊比熱為何？ 冷水共吸熱　　300×1×（30－20）＝3000（卡） 金屬塊放熱　200×s×（100－30）＝14000s（卡） 熱量的散失可以忽略不計， 吸收的熱量應等於放出的熱量 金屬的比熱為s＝0.214cal∕g℃

28 常溫下常見物質的比熱 物質 比熱cal/g℃ 鋁 0.215 水 1.000 鐵 0.108 酒精 0.582 銅 0.092 丙酮 0.519 銀 0.056 四氯化碳 0.203 鉛 0.031 水銀 0.033 　cal/mol ℃ 5.805 6.026 5.842 6.048 6.417

29 熱容量 (heat capacity) 同義詞 水當量 等效水質量 物質溫度變化難易度的物理量，稱熱容量。 物質升高1℃所需的熱量。
熱容量 c 、物質質量 m、比熱 s 關係式為： c ＝ m s 同義詞 水當量 等效水質量 熱容量大的物體表示 (A) 所含質量大 (B) 所含熱量多 (C) 比熱大 (D) 升高1℃所需熱量多

30 比熱較大的物質，加熱時需要吸收較多熱量，才能升溫；冷卻時也必須釋放出較多的熱量，才能降溫。
水的比熱較多數物質大。因此在同樣條件下，水在升溫或降溫的過程中，比一般物質要緩慢得多。 應用 汽車引擎的冷卻系統以水作為散熱的媒介 發電廠常建在海邊或湖邊 地球氣候保持溫和 太陽的曝曬下，沙灘比海水熱得快 海洋性氣候溫度變化比大陸性氣候小

31 物體的溫度不同時，熱量會發生傳遞 熱由高溫傳至低溫直到熱平衡（溫度相等）為止
物體的溫度不同時，熱量會發生傳遞 熱由高溫傳至低溫直到熱平衡（溫度相等）為止 絕熱系統：無熱能散失時 放熱 ＝ 吸熱 M1S1×（T2－T）＝M2S2×（T－T1） T T1 T2 時間 溫度

32 50℃的熱水10克與20℃20公克的冷水混合，終溫25℃，則熱量散失 卡。
60℃的熱水30克與20℃10公克的冷水混合後：  求熱平衡後之溫度＝ ℃。  熱水 熱 卡，冷水 熱 卡。 50℃的熱水10克與20℃20公克的冷水混合，終溫25℃，則熱量散失 卡。

33 一固體比熱0.5卡/克℃，質量40公克、溫度20℃，若和20公克40℃的水接觸，如無熱量散失，達成平衡時的溫度 ℃。

34 將比熱為s1與s2 的兩金屬物質，取等質量製成合金時，則合金的比熱為
A金屬與B金屬比熱分別為0.100及0.200 cal/gºC，而其密度分別為2及3 g/cm3，把A、B兩金屬製成比熱為0.175 cal/gºC的合金時，則所需A、B金屬的質量比為 1：3

35 下降3 °C 有A、B 兩物質，比熱分別為6s、s，而熱容量則為c、2c。
在絕熱的情況下，兩物質接觸並達到熱平衡的過程中，物質A 的溫度上升6°C，則物質B的溫度 變化為何? 下降3 °C

36 A、B、C 三個一樣的燒杯內盛有質量和溫度都相同的水，然後分別放入質量相同、溫度也相同但比水溫高的鐵球、銅球、鋁球。已知鐵的比熱是0

37 A、B、C 三金屬，在相同熱源下加熱，並假設熱源所供應的熱量完全被金屬所吸收，且其溫度與加熱時間之關係如圖所示，則下列何者正確？ (A) A之比熱最小 (B) C之熱容量最大 (C) 欲得相同之溫差，C所吸收之熱量最少 (D) 圖中加熱曲線的斜率與金屬的比熱成正比關係 (E) C之質量最大 ( B )

38 The End 下一節