國二(上)理化單元 5 : 溫度與熱

溫度與溫度計

溫度計的功用

◆ 溫度計是拿來測量物體的『溫度高低』,它就只有這個功能。它沒辦法知道物體所含的熱量(熱量就是能量)。

溫度計的種類

◆ 溫度計有很多種類,例如水銀溫度計、紅外線測溫槍、液晶溫度計… 等,那目前你們最常碰到的就是水銀溫度計,那水銀溫度計原理是『因溫度變化導致水銀的體積產生變化』。那為什麼選水銀 ? 因為水銀對於溫度變化而造成的體積變化是非常均勻的』。

溫標換算

◆ 就是攝氏跟華氏的互換,或者攝氏跟自定義溫標的互換,其實就是溫標互換公式的推導,目前還沒在『會考』考過,但還是需要理解一下 ! 那說明的部分可以看我的視頻講解

熱量與比熱

熱量變化公式

◆ 這是一個非常大的重點,拿來考計算題是非常適合的 ! 這裡我們只要知道底下這一個『熱量變化』公式 :

△H = m x s x △T

這邊我們針對公式的各項作解釋 :

△H : 物體的熱量變化(就是物體吸收熱量或放出熱量)

m : 物體的質量

s : 物體的比熱,這是一個純物質的『物理性質』,那它的定義就是『每 1 克物質上升 1 ℃ 所需要的熱量』→ 這個定義其實就利用公式來理解即可。

△T : 物體的溫度變化

(備註 : 比熱的數值題目都會給你,你只需要記一個,就是水。水的比熱是 1 (卡/℃.克)

熱量變化公式的意義

◆ 簡單來說,這個公式就是要說明『純物質因為吸收熱量或放出熱量,而產生溫度的變化』。混合物不適用這個公式喔,為什麼 ? 因為它沒有固定的比熱,比熱是純物質才有的特性喔 !

◆ 接下來要講的是針對這個熱量變化公式的”數學關係”,假如兩物體質量相同, △H 相同(就是兩物質吸收或放出的熱量相同)

哪個物體比熱越大,它的溫度變化越小。

哪個物體比熱越小,它的溫度變化越大。

為什麼會有上述的情況 ? 因為當 △H 與 m 相同,則 s 與 △T 成反比

熱平衡

◆ 什麼是熱平衡 ?

就是多個不同溫度的純物質混在一起,假設不發生化學變化,那『熱量會從溫度高的物質流向溫度低的物質,最後大家溫度達到一致』。

熱平衡的題目應用

◆ 應用在題目的解題觀念就是 : ( 假設有 A、B 兩個物質,起始溫度 A > B )

『A 物質放出的熱量 = B 物質吸收的熱量』

公式怎麼列 ? 就是 :

因為 △HA = △HB

所以 mA x sA x △TA = mB x sB x △TB

如果畫圖表示的話,就像下面這樣 :

熱的傳播

熱傳播的形式

傳導 : 兩物體接觸後,熱量由溫度高傳向溫度低的物體。那金屬的的熱傳導速率會高於非金屬

對流 : 主要以氣體或液體比較常見,藉由的就是『密度小往上浮,密度大往下沉』,密度大往下沉的原理,造成物質的流動而交換熱量。

輻射 : 不須其它物質當作媒介,例如 : 照光。那黑色物質較容易吸收或放出輻射熱。

熱對物質的影響

熱對物質基本上有幾種影響,如下

◆ 第一個就是物質本身的『溫度變化』。舉例來說 : 10 ℃ 的水加熱變成 50 ℃ 的水。

◆ 第二個就是物質所含的『熱量變化』。舉例來說 : 當 10 ℃ 的水加熱變成 50 ℃ 的水,其本身所含的熱量增加,因為吸收熱量的關係。那下面就是說明水經過持續加熱的熱量變化關係圖。那這邊要了解一個重要觀念,以水當例子,就是:

• 當冰塊吸收外界熱量,慢慢變成水的時候,此時冰變成水的過程,溫度是一直維持在 0 ℃,並不會上升,這就是我們常說的『固液共存』。簡單來說,你只要看到物質兩個狀態共存,那個時候的溫度是一個定值不會改變。而冰塊變成水的過程,冰塊總共吸收的熱量是利用『冰塊的質量 x 熔化熱』來計算。

• 當 0 ℃ 的水繼續加熱至 50 ℃,則這杯水總共吸收的熱量是利用『m x s x △T』來計算。

詳細的說明可以參考講解視頻

◆ 第三個是物質的『體積的變化』,就是『熱漲冷縮』。舉例來說 : 10 ℃ 的水加熱變成 50 ℃ 的水,水的體積會變大。

那這邊要補充一下,水是個特例,怎麼說 ? 『水在 0 ~ 4 ℃ 這個溫度範圍,是隨著溫度越低,體積反而越大』。那這也導致了水的密度是在 4 ℃ 時,是最大的。詳細的說明可以參考講解視頻

◆ 第四個就是物質的『狀態變化』。舉例來說 : 10 ℃ 的水加熱變成 100 ℃ 的水蒸氣。那這個就是因為水分子 吸收熱量後,掙脫了彼此束縛,所以水就從液體變成氣體。那純物質的狀態改變,是屬於物理變化喔,因為沒有產生新的物質

蒸發

最後來講一下『蒸發』,蒸發是什麼 ? 蒸發就是一個在任何溫度下,部分物質由液體變成氣體的現象。

蒸發跟沸騰的差別 ?

沸騰是在特定溫度下,全部物質由液體轉變為氣體,而蒸發則是在任意溫度下,部分物質由液體轉換為氣體。

影響蒸發速率的因素

◆ 液體的性質 : 舉例來說,酒精比水更容易於環境中蒸發。

◆ 溫度 : 溫度越高,液體越容易蒸發。

◆ 液體的表面積 : 表面積越大,受熱面積越大,所以越容易蒸發。

此單元重點如以上所示 !

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