熱的本質與熱功當量

熱引擎（Heat engine）
臺中國立新港藝術高級中學物理科羅伊君老師/國立彰化師範大學吳仲卿教授責任編輯

熱引擎(Heat engine)或稱熱機是會將內部提供的一部分熱量轉為對外作功的裝置。熱機的工作模式必須經過一封閉的熱力學過程，熱機的種類，比如卡諾熱機、迪塞爾熱機……等等。

卡諾冷機（Carnot Refrigerator）
臺中國立新港藝術高級中學物理科羅伊君老師/國立彰化師範大學吳仲卿教授責任編輯

冷機(Refrigerator)是把熱能由低溫處（低溫熱庫）傳送到高溫處（高溫熱庫）的裝置。事實上冷氣機、電冰箱就是一部冷機。

熱輻射（Thermal Radiation）與熱的交換
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

熱輻射在熱力學中是個重要的概念，因為高溫物體將輻射出較多的熱，物體間部分的熱交換便可以透過熱輻射進行（其他形式為傳導與對流）。

物體進行熱交換的互動情形，可以下列式子描繪其特性
α+ρ+τ=1
α、ρ、τ分別表示影響熱交換過程中，與光譜有關的吸收因子、反射因子與穿透因子，且相關因子都與光的波長有關。表示物體吸收外來的熱量後，最終吸收的熱量受到反射與穿透能量多寡的影響。在熱平衡狀態下，吸收率等於放射率，當物體放射率（吸收率）為1時，稱之為黑體。

熱輻射（Thermal Radiation）
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」，指的是「因為物體的溫度，導致物體表面產生電磁輻射」，從家庭用品（電子加熱器具，如電暖爐）散發出的紅外線輻射，即是熱輻射的一種 。當原子內的帶電粒子運動時，將產生熱，當熱能轉成電磁輻射時，即稱為熱輻射，而熱輻射的頻率取決於該物體的溫度（黑體輻射的基本特性）；針對黑體，熱輻 射的頻率則依照普朗克輻射定律，維恩位移定律則決定所有輻射中具有最大能量的波長，史蒂芬波茲曼決定物體每秒輻射的能量密度。

熱電偶（Thermocouple）
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

1821年，物理學家托馬斯約翰塞貝克（Thomas Johann Seebeck）發現，當任何導體（如金屬），受到溫度梯度會產生一個電壓。這就是現在被稱為熱電效應或Seebeck效應。

熱電效應中電壓的大小取決於金屬的種類與溫度梯度大小。採用兩種不同金屬線製作成一接合點，測量另兩端點電壓，此時兩金屬線均產生一電壓，且互相抵消。但由 於金屬種類不同，因此存在一個很小的電壓差值可以被測量，這個差值隨接合點溫度的升高而增大，通常每度（攝氏）產生1至70微伏特，這種耦合的兩個金屬即稱為熱電偶。

熱電偶是一種被廣泛應用的溫度感測器，將其產生的電壓測量後換算成相對應的溫度，即成為ㄧ種溫度計。由於它的價格低廉、感溫迅速、有標準介面，而且具有很大的溫度測量範圍，目前已被廣泛使用。

熱沈（Heat Sink）的效能與組成
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

熱沈的效能（無論使用自然對流、強迫對流、液體冷卻或多種方法的組合）受到材質、幾何外型、整體表面積熱傳導係數的影響。一般而言，若是利用強迫對流的熱沈，可藉由增加熱沈材質的熱傳導係數、加大表面積（例如增加散熱鰭片的數量）或加速氣體流動（增加風扇數量）等方法提升其效能。

若將熱沈使用在電子上，會讓「熱沈」的金屬部分接觸溫度較高的部分（多數的情況下，兩者之間會有一層熱介面物質TIM以加速熱的傳遞），電腦的微處理器CPU就需要透過「熱沈」加速散熱（主要透過傳導與對流，輻射所佔比重不高）來降低溫度。

絕熱增溫（adiabnatic heating）與絕熱冷卻（adiabatic cooling）
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

「絕熱增溫」與「絕熱冷卻」，經常發生在氣體壓力產生變化的時候。絕熱增溫發生在氣體的壓力增加的時候，例如柴油引擎在運轉過程中，利用瞬間的增壓來提升氣體 的溫度，藉此點燃柴油。絕熱增溫也發生在地球大氣層中，當氣團高度減少時，因為氣壓的增加也會導致溫度的上升。例如自海洋吹來的風在越過中央山脈時，因為高度上升，在迎風面因為地形阻擋形成降雨，但越過山峰後，高度驟減，越靠近地面氣壓越大，產生絕熱增溫，空氣溫度上升，將形成「焚風」。

絕對零度（Absolute zero）
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

絕對零度為熱力學溫度的理論下限，即克氏溫標0 K，相當於攝氏-273.15度。

物體的溫度取決於物體內組成分子的動能，這些粒子的動能越高，物體的溫度就越高。降低這些粒子的動能也就降低了溫度。理論上來說，如果粒子的動能已經降為零，物體即達到絕對零度，以理想氣體來說，其體積也就縮小到零。實驗上，絕對零度永遠無法達到，但可無限逼近。雖然在實驗室環境中，可透過各種方式為一個系統降溫，但熱力學基本定律即說明了絕對零度永遠無法達到，由這同樣的原則，也可確定沒有任何機器的效率可以百分之一百。