銜接課程-第3單元

3-1 溫度與熱量

另外，人類的文明進步造成二氧化碳排放量逐年高升，使得海水平均溫度上升，全球氣候變化劇烈，引發近年來全球重視的氣候暖化問題。甚至連電影也以此做為題材，還得到不錯的票房。顯然，生存的環境也必須要有穩定的溫度控制才能維持各種生物的連綿不絕。

不管是環境還是生物，溫度的測量都是很重要的工作。我們已經知道溫度是一種表示物體冷熱程度的物理量。依據人體對冷熱程度的感受來判定溫度高低是非常不準確的。例如，同樣15C的天氣，有些人覺得涼爽，但是有些人卻覺得已經很冷。即使是同一個人，在左右手分別先接觸冷熱水之後再接觸同一盆溫水，兩手也會對同一盆水產生不同的冷熱感受。因此，我們必須有一個客觀而標準的工具來測量溫度才行，而測量溫度最普遍的工具就是溫度計。

測量溫度的工具非常多，像是水銀溫度計、酒精溫度計、熱電偶等。另外，也有利用紅外線方式的溫度計，他並不需要接觸才能測量溫度，而是以偵測物體釋放的紅外線光譜能量來得到溫度。

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華氏溫標則是在一大氣壓下將純水的冰點溫度定為32，而純水的沸點溫度定為212，兩溫度之間分割成180等分。單位符號以°F表示。西方世界多以華氏溫度表示。絕對溫標是透過熱力學理論而訂定出來的，又稱克氏溫標，單位符號以K表示。在一大氣壓下，純水的冰點溫度為273.15 K，而純水的沸點溫度為373.15 K。明顯地，在兩溫度之間也是分割成100等分。透過簡單的一次函數關係，我們可以得到不同溫標之間的轉換。假設攝氏溫度為x°C，則其對應的華氏溫度y°F與絕對溫度zK的關係如下：

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華氏溫標則是在一大氣壓下將純水的冰點溫度定為32，而純水的沸點溫度定為212，兩溫度之間分割成180等分。單位符號以°F表示。西方世界多以華氏溫度表示。絕對溫標是透過熱力學理論而訂定出來的，又稱克氏溫標，單位符號以K表示。在一大氣壓下，純水的冰點溫度為273.15 K，而純水的沸點溫度為373.15 K。明顯地，在兩溫度之間也是分割成100等分。透過簡單的一次函數關係，我們可以得到不同溫標之間的轉換。假設攝氏溫度為x°C，則其對應的華氏溫度y°F與絕對溫度zK的關係如下：

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3-2 熱與物態變化

（一）固體的熱膨脹固體的熱脹冷縮是物質三態中變化最小的。考慮一支金屬棒，當溫度T1°C時的長度為L1，而溫度到達T2°C時長度變為L2，則我們發現長度之間有如下的關係：其中是物體的線膨脹係數。若假設L為溫度變化T所產生的長度變化，則(3-5)式可以寫成：

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線膨脹通常不是很大，不過不注意這現象卻會引起很大的影響。例如鐵軌與鐵軌之間的間距安排，間距過大會造成電車行走時的不平穩，間距過小會造成氣溫升高引起鐵軌膨脹，鐵軌彼此擠壓隆起變形，造成更大的危險性。另外，線膨脹也可以被利用來做為自動控制裝置。我們可以將兩種不同膨脹係數的金屬棒結合在一起。當溫度升高時，由於膨脹係數不一樣，所以兩根金屬棒的伸長量不同。這導致伸長量較大的一方會彎向伸長量較短的一方。當溫度回復時，兩根金屬棒的長度又回到原來的狀態。溫度降低時，則膨脹係數大者收縮較多。所以，這時候金屬棒則是向另一方彎

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（二）液體與氣體的熱膨脹事實上，在一些以液體為工作物質的溫度計就是利用該液體的熱脹冷縮性質。要觀察液體的熱膨脹現象，可以用容器盛裝液體，然後再將裝置加熱來觀察液面的升降。因為容器本身也會熱脹冷縮，所以在觀察時必須考慮到容器因素。當溫度升高時，一開始容器先受熱膨脹，容量增加，液面高度下降。然後液體也開始受熱膨脹，液面高度開始上升。由於大多數液體的膨脹係數都比固體的大，所以可以觀察到液面的最後高度要比原來的高度高。

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當物質在這些溫度作狀態改變時會伴隨著熱量的進出，我們把這些作為狀態改變而不是溫度升高的熱量稱為潛熱。在熔化時稱為熔化熱，在汽化時稱為汽化熱。以水為例，水的熔化熱為80cal/g，汽化熱為539cal/g。有些物質在溫度上升過程中，並不依循固態－液態－氣態的順序作狀態改變，而是可以由固態直接變成氣態，這種過程稱為昇華。乾冰（二氧化碳的固態）、碘元素都是在受熱時直接從固態昇華變成氣態。

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