Transcript 熱與熱機
2-3 熱與熱機 • 2-3.1 簡報者: 潘明俊 熱與溫度 1.熱平衡與溫度 2.熱量、熱容量與比熱 • 2-3.2 物質的形態與其溫度的關係 1.熱膨脹 2.物態變化 • 2-3.3 熱機與冷凍機 1.熱機 2.冷凍機 2-3.1 溫度與熱 • • • • 溫度與熱平衡 溫 標 各種溫標刻度的轉換 熱 量 • • • • 比 熱 比熱的測量 比熱是物質的特性 物質比熱與熱現象 溫度與熱平衡 • 溫度：用於標示物體的冷熱程度。 • 如何來測量溫度呢？ – 身體雖可感覺溫度的高低，但卻有範圍太小與不夠 客觀的缺點。 – 必須尋求一種能隨溫度而靈敏變化的物體性質。如 物體的體積、金屬的電阻等。 •熱平衡：當孤立的兩物體互相傳熱，最後其 溫度會趨於一致時，稱為熱平衡。 溫 標 • 攝氏溫標 – 瑞典人攝西阿斯將一大氣壓下水的冰點為100℃，而沸點為0 ℃。 – 1743年才改為一大氣壓下水的冰點為0 ℃ ，而沸點為100 ℃ 。 • 華氏溫標 – 德國人華倫海特將冰鹽相混合後的最低溫定為0℉，而人體 的溫度定為100 ℉ 。 – 一大氣壓下水的冰點為32 ℉ ，而沸點為212 ℉ 。 • 克氏溫標 – 愛爾蘭人克耳文根據卡諾的熱力學理論所定。 – 優點為不受使用物質的影響。 – 一大氣壓下水的冰點為273.15K，而沸點為373.15K 。 各種溫標刻度的轉換 冰點 攝氏 (℃) 華氏 (℉) 克氏 (K) 0 某一溫度 沸點 C 100 32 F 212 273.15 K 373.15 C 0 F 32 K 273.15 100 0 212 32 373.15 273.15 熱 量 • 熱量的性質 – 熱是能量的一種形式。 – 熱總是從高溫的地方傳到低溫的地方。 – 物體溫度升高，熱能傳入物體內；物體溫 度降低，熱能由物體內放出。 • 熱量的單位----卡(cal) – 1卡等於使1克水升高1℃所需吸收的熱量。 比 熱 • 比熱 – 使1克物質升高1℃，所需吸收的熱量。 • 熱量與比熱的關係 比熱是物質的特性，不同物質有不同的比熱 物質比熱與熱現象 • 水的比熱較多數物質大。 • 比熱較大的物質，表示其加熱時需要吸收較 多的熱量，才能升溫；反之，冷卻時也必須 釋放出較多的熱量，才能降溫。 圖3-7 由於水的比熱大，所以暖 水袋可以持久保暖。 2-3.2 物質的形態與其溫度的關係 • • • • • 物質的狀態 物質的粒子模型 物態變化 水的三態變化過程 熔化熱與汽化熱 • • • • • 蒸發與沸騰 熱膨脹 防止熱膨脹的破壞 熱膨脹的應用 熱膨脹異常物質 物質的狀態 • 物質的三態 – 固態、液態、氣態。 • 物質的粒子模型 圖3-10 物質的粒子模型。 物質的粒子模型 • 物質吸收熱量可能使物質溫度升高或產 生物態變化。 – 分子振動速度的快慢代表溫度的高低，即 溫度是反映分子運動的激烈程度。物質溫 度升高所吸收熱量，用於增加分子的動能。 – 物態變化則分子間距離增加，使分子間束 縛力減弱。物質狀態變化所吸收熱量，用 於增加分子間距離所需的位能。 物態變化 熔化 固態 汽化 液態 凝固 氣態 凝結 昇華 水的三態變化過程 圖3-11 水的三態變化過程。 熔化熱與汽化熱 • 熔化熱 – 每一克物質在熔化時，從固態轉變為同溫度的液 態，所需吸收的熱量稱為該物質的熔化熱。 – 由實驗可測知冰的熔化熱為80卡／克。 – 在通常的情況下，凝固熱與熔化熱相等。 • 汽化熱 – 每一克物質在汽化時，從液態轉變為同溫度的氣 態，所需吸收的熱量稱為該物質的汽化熱。 – 由實驗可測知水的汽化熱為540卡／克。 – 在通常的情況下，凝結熱與汽化熱相等。 熱膨脹 • 除了很少數的 例外，絕大多 數的物質受熱 時體積膨脹， 冷卻時收縮。 防止熱膨脹的破壞 熱膨脹的應用—雙金屬棒 • 當溫度升高或降低時，由於兩金屬片脹 縮的程度不同，會導致彎曲。 圖3-18 由銅和鋁結合的雙金屬片，你能看出哪一種金屬的熱膨脹效 應較大嗎？ 熱膨脹的應用實例 熱膨脹異常物質----水 • 水在4℃ 時的體積 最小，亦即水在4 ℃時的密度最大。 •水在4℃至0℃時，水的體積隨溫度的 降低而反常膨脹，所造成的現象。 –冬天嚴寒時，水管常因管中的水結冰， 導致脹裂。 –湖水結冰由湖面開始。 2-3.3 熱機與冷凍機 • 保 溫 瓶 • 電 冰 箱 • 冷 氣 機 熱 機 • 熱機----又稱『引擎』 – 將燃料中的化學能藉由燃燒 轉變成熱能，再藉由熱力學 循環，將熱能轉變成機械能 的裝置。 – 可概分為二類: (一) 外燃機。 (二) 內燃機 。 電 冰 箱 • 原理 – 利用液體 蒸發吸收 熱的原理。 圖3-38 電冰箱的工作原理。 冷 氣 機 • 原理與冰箱類似 • 冷氣機常以千卡／小時或噸為單位來表示其 冷房能力。其中1噸的意思是指冷氣機的功率 可以在24小時內將1噸0℃的水凝固成同溫度的 冰。1噸的冷房能力約相當於3300千卡/小時 • 一噸的冷房能力適用於 4至6坪的房間。， • EER（energy efficiency ratio）的意思就是能源 效率比，也就是冷氣機的冷房能力與其所消 耗電能的比值， EER值若愈高，便愈省電。