熱的本質與熱功當量
卡諾循環 〈Carnot Cycle〉
卡諾循環(Carnot Cycle)
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
卡諾循環由法國工程師卡諾於1824年提出,依卡諾循環操作的引擎稱為卡諾熱機,卡諾循環包括以下四個步驟:
1.等溫膨脹,在這個過程中系統從環境中吸收熱量Q1;
2.絕熱膨脹,在這個過程中系統對環境中作功W1;
3.等溫壓縮,在這個過程中系統向環境中放出熱量Q2;
4.絕熱壓縮,系統恢復原來狀態,在這個過程中環境對系統作功W2。
其中Q1-Q2=W1-W2 (將熱能轉為機械能)
雙金屬片 (Bi-metallic Strip)
雙金屬片 (Bi-metallic Strip)
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
雙金屬片是用來將溫度變化轉化為機械性的位移。選擇兩種熱膨脹係數不同的片狀金屬,將其併合成一雙金屬片,正常溫度之下金屬片為筆直狀態。當溫度升高時,由於兩側膨脹程度不同而向熱膨脹係數較小的一邊彎曲,如果冷卻低於其正常溫度,則向熱膨脹係數較大的一邊彎曲。常用來製造雙金屬片的材料有錳鎳銅合金、鎳鉻鐵合金、鎳錳鐵合金和鎳鐵合金等。
黑體的基本性質─史蒂芬-波茲曼定律
黑體的基本性質─史蒂芬-波茲曼定律 (Stefan – Boltzmann’s Law)
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
「史蒂芬-波茲曼定律」或者稱之為「波茲曼定律」,該定律敘述「黑體的表面每平方公尺、每秒鐘所產生的電磁輻射能量(可稱之為輻射通量能量通量密度或發射功率)與絕對溫度的四次方成正比」,可以下式表示:
$$J=\varepsilon\sigma T^4$$
上式中的 $$\varepsilon$$ 代表灰體 (grey body)的發射率,若 $$\varepsilon=1$$ 則該物體為黑體,灰體的發射率介於 $$0$$ 與 $$1$$ 之間;$$\sigma$$ 稱為史蒂芬-波茲曼比例常數,$$\sigma=5.67\times 10^{-8}~Js^{-1}m^{-2}K^{-4}$$
人體所產生的輻射—利用「黑體輻射定律」計算人體的基礎代謝率與每日所需熱量
人體所產生的輻射─利用「黑體輻射定律 (blackbody-radiation)」計算人體的基礎代謝率與每日所需熱量
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
黑體輻射定律同樣的可以應用到人體。例如,人體的某些能量就是以電磁輻射的形式釋放,其中絕大多數是以紅外線的形式散失;同時,人體也可以從周圍環境中吸收其他物體的輻射。人體「每秒釋放的輻射能」減去「每秒自周圍環境吸收的輻射能」,稱為「淨輻射功率(net power)」$$(P_{net})$$,當淨輻射功率越大時,代表人體損失的熱能越大,體溫將下降。
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