布朗運動(Brownian motion)
布朗運動(Brownian motion)
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
十七世紀,科學家開始研究熱的本質,並嘗試用分子運動觀點解釋熱學現象,但當時「熱質說」相當盛行,因此分子運動論發展非常緩慢。直到後來,確定「熱是一種能量」後,分子運動論又發展起來,科學家們利用分子運動論解釋氣體、液體、固體的性質,皆有完善的結論。
布朗運動(Brownian motion)
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
十七世紀,科學家開始研究熱的本質,並嘗試用分子運動觀點解釋熱學現象,但當時「熱質說」相當盛行,因此分子運動論發展非常緩慢。直到後來,確定「熱是一種能量」後,分子運動論又發展起來,科學家們利用分子運動論解釋氣體、液體、固體的性質,皆有完善的結論。
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。