溫度與熱平衡

熱傳導（Conduction）
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

「熱傳導」，是透過物質間的直接接觸（但沒有物質的交換），將熱由高溫區域流向低溫區域的一種熱傳遞的方式。在液體中，熱傳導是原子的彈性碰撞進行擴散；在固體中，則是因為自由電子的擴散傳遞熱量，若在絕熱物體中，聲子的振動則是熱傳導的原因。

能量的轉移最可能的原因是「碰撞」，包括流體中產生的彈性碰撞、金屬內最主要是因為自由電子擴散與絕熱物質中聲子震盪所產生的碰撞。換句話說，當相鄰原子間 因為振動所產生的能量傳遞，或者電子由一個原子移動至另一個原子時，熱的傳導就發生了。因為固體內的原子持續不斷的接觸，因此，熱傳導是固體最主要的熱傳遞方式。而在液與氣體中，分子的距離較遠，分子較少藉由碰撞傳遞熱能。

熱的傳遞與隔熱（Heat Insulation）
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

熱輻射主要是由電磁光譜中紅外線組成，與所有的電磁波一樣，熱輻射不需要透過介質傳遞，一個物體輻射出的總能量正比於表面積與放射率，所有在絕對零度以上的物體都會產生熱輻射。

熱的傳遞 （Heat Transfer）
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

在熱物理學中所謂的「熱傳遞」，指的是「熱能由一個高溫物體傳遞到低溫物體」。當物體（固體或流體）與周圍環境溫度不同時，藉由熱傳遞或熱交換的過程，與周 圍環境達成熱平衡。熱傳遞總是由高溫物體傳遞到低溫物體，這是熱力學第二定律的結果。當兩物體的溫差越小，之間的熱傳遞依然持續進行，只是傳遞速率減緩。 而熱的傳遞可能改變物體的內能。所謂的「內能」，指的是分子或電子在進行結合並形成物質時，物質內部粒子間的振動或轉動能量。

熱平衡（Thermodynamic Equilibrium）
國立彰化高級中學賴文哲教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

一個系統達到熱平衡(Thermodynamic equilibrium)即表示，其壓力、溫度、體積等巨觀的物理性質都不會隨時間而改變，但粒子與粒子之間仍存在能量交換。舉例來說，一個理想的氣體系統達熱平衡，其溫度即維持恆定，但粒子速率分佈函數遵守馬克士威分子速率分佈，並非每一個粒子速率都相同。而兩個互相處於平衡狀態的系統，兩者各自處於平衡狀態且兩者在可以交換熱量的情況下，仍然保持平衡狀態。

風寒效應 （Wind Chill Temperature或Wind Chill Factor）
國立彰化高級中學賴文哲教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

暴露在風中的皮膚，會感受到比當時氣溫更冷的效應。溫度是熱力學的一個指標，冷熱屬於人體的感覺，與皮膚散熱有關。一般來說大氣環境溫度低於體溫，風冷溫度總是低於空氣溫度。若大氣環境溫度高於體溫的情況下，有風會造成皮膚感覺到高於當時空氣溫度，則以熱指數來表示。

靜止狀態下，皮膚的周圍有一個熱邊界層，可能有幾個毫米厚，這邊界層的作用可作為一個熱的絕緣體。因為風會吹走邊界層，風越強則邊界層越薄，體熱以對流換熱的方式快速流失，因為皮膚溫度接近空氣溫度，因而感覺更冷。

熱震（Thermal Shock）–發生熱震的真實案例
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

堅硬的岩石含有裂縫，因此針對岩石加熱，之後迅速冷卻，讓裂縫增大，使岩石碎裂，過去埃及開採金礦，就是利用這種方法碎裂堅硬的岩石。而沙漠中的巨大岩石， 白天吸收大量太陽熱輻射，溫度急遽上升，夜晚溫度迅速下降，導致岩石產生熱震，逐漸崩解，若裂縫中存有少量水分，寒冷的夜裡，水結成冰，體積膨脹，進一步 使裂縫加大，可加速岩石的崩解，逐漸形成砂粒。

將冰塊放在溫水中，表面的會因為熱震而破裂，其破裂速度大於冰塊內部。因為當水結成冰時，冰塊體積膨脹，當冰塊外表面接觸溫水，將使冰塊收縮並開始融化，但內部仍維持恆溫不變。這種體積的快速改變，將使不同冰層間產生應力，導致破裂。