單元貳:熱的描述

. 波溫度和溫度計

 ().溫度 :

1.【溫度】:用以表示物體冷熱程度的物理量。

2.常用的溫度單位有【攝氏溫標】、【華氏溫標】。

文字方塊: 表一:℃與℉轉換公式3.我國慣用的是攝氏溫標,有些歐美國家則慣用華氏溫標兩者轉換公式(如表一)。

 

攝氏、華氏轉換公式:℉=1.8×℃+32

水的冰點

0

32

水的沸點

100

212

正常體溫

37

98.6

℉與讀數相同點

40

40

(). 溫度計 :

1.用來測量溫度的工具稱為:【溫度計】。

2.常見的溫度計有『水銀溫度計』、『酒精溫度計』,皆利用水銀和酒精的【熱脹冷縮】原理測量溫度。

3.溫度計可適用的測量範圍視所用的液柱種類而定(即溫度計中液柱的凝固點~沸點之間)水銀的沸點較高適合測量高溫,酒精的凝固點較低適合測量低溫。

4.若以水柱測量溫度,可測量的範圍在4100之間。(因為水在4以下遇冷會膨脹

5.液體溫度計內的液柱半徑愈小則升降愈明顯,故溫度計中的液體裝置於毛細管內,測量較為靈敏

6.溫度的升降是物體所含熱量變化的結果,也是熱量傳播的指標,亦即:熱量的傳遞由溫度較高的物體傳向溫度較低的物體

(). 常用的溫度計 :

1.日常生活中常用的溫度計如表二所示:
表二:常用的溫度計

溫度計種類

  點(

凝 固 點(

酒精溫度計

78

114

煤油溫度計

150

30

水銀溫度計

3750

370

2.說明:

(1).酒精溫度計:以酒精染色置於毛細玻璃管中製成。
優點:無毒、可測量較低的溫度(-114),
缺點:無法測量較高的溫度(78)。

(2).煤油溫度計:以煤油染色置於毛細玻璃管中製成。
優點:無毒、揮發性低,可測量範圍較酒精溫度計為大,一般實驗室使用的紅色液柱溫度計,刻劃至120以上,常被誤稱為酒精溫度計,事實上為:煤油溫度計
缺點:因為煤油的凝固點-30,為無法測量較低的溫度。

(3).水銀溫度計:以汞(俗稱:水銀)置於毛細玻璃管中製成。
優點:揮發性低,可測量範圍較大,尤其可測較高的溫度(3750)。
缺點:有毒性,易造環境汙染,且價格較上述兩者為高。

(4).體溫計:因為測量體溫有一要求,即欲測得身體最高的溫度,且當溫度計離開人體時,體溫計的液柱不會因溫度下降而下降,故有特殊設計,即在體溫計底部的毛細管有一狹窄彎曲處,當體溫計使用時此彎曲處會因受熱而膨脹,能讓液柱順利上升,但是當體溫計離開人體時,此彎曲處因遇冷而收縮封閉,液柱便無下降而停留在一定點上,如此可從容觀察溫度計所測得的溫度(如圖一所示)。

image002

.溫度對體積的影響

().熱脹冷縮:

1.大多數的物質具有「遇熱膨脹遇冷收縮」的性質,溫度計即利用此原理測量物體的溫度。

2.少數物質在特定溫度範圍內卻違反此一原則,即「遇熱收縮遇冷膨脹」,例如:水在4以上至100之間會熱脹冷縮,但在04之間會熱縮冷脹,(如圖二之座標)。

3.10公克的純水為例,當水溫在4時,體積恰為10.0cm3,圖中顯示:在4以上至100之間體積會隨溫度的增加而膨脹,表示水的密

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

度會隨著溫度的增加而逐漸減小。但溫度在40之間純水體積會隨著溫度的減少而逐漸膨脹,故若用水柱來做成溫度計,此範圍(即0~4)就不適合測量溫度。

4.純水的密度在4時恰等於1g/cm3

().實驗觀察:

20080723101439377.png1.以錐形瓶盛裝適量的水,使水柱略高於瓶塞,為便於觀察,將水染成紅色,並在玻璃管側面裝置小尺子以紀錄水柱高度(如圖三)。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.三中的錐形瓶浸泡在水溫20的甲燒杯中時,水柱高於瓶塞1㎝,
當錐形瓶浸泡在水溫60的乙燒杯中時,水柱高於瓶塞5㎝,
代表水溫由20上升至60時,水柱由1㎝上升至5㎝,

亦即溫度每升高10,水柱上升1㎝。
假設丙燒杯中的水溫為
T ℃,欲求出T值,則計算式為:
      62-20/5-1
T-20/4-1  故得出
T50……答

4.本觀察得知:液柱的高度差Δh與溫度差ΔT成正比,計算式如下:
公式:20080723103518429.png

5液體溫度計內的液柱截面積愈小,則溫度計愈靈敏,故溫度計內的玻璃管多採用毛細管,以增加對溫度變化的靈敏度。

 

.其他形式的溫度計

().固體溫度計:

1.利用固體的體積受溫度變化而改變的原理製成的溫度計,通常是以金屬絲線牽動指針以達測量溫度的功能。

2.因為除汞之外,在常溫下金屬為固態,且金屬的熔點多在攝氏千度以上,故此種溫度計可測量的溫度範圍很大,理論上最高可測至金屬的熔點,最低則無下限,故比較三種(固態、液態、氣態)溫度計;固體溫度計是測量範圍最大的溫度計

3.固體溫度計的裝置(如圖四):
image016

(1).當溫度增高時,金屬絲線受熱膨脹而右側彈簧的彈力使齒輪順時鐘旋轉,帶動指針向順時鐘方向偏轉,達到測量溫度的目的。

(2).若溫度下降時,金屬絲線遇冷收縮而使齒輪逆時鐘旋轉,帶動指針向逆時鐘方向偏轉,則指針所指示的溫度下降。

(3).由於金屬的膨脹係數(體積受溫度影響的改變量)較小,故此種溫度計的靈敏度較差。

().氣體溫度計:

1.氣體是物質三態中膨脹係數最大者,亦即在很小的溫度變化量也能產生較大的體積改變量,故氣體溫度計是最靈敏的溫度計

2.正因為氣體溫度計的膨脹係數較大,反而可測量的溫度範圍卻很小

3.氣體溫度計的裝置(如圖五):

 













 

 

(1).在圓底燒瓶上裝置細長玻璃管,在管中滴入一有色水柱,則瓶內成密閉容器,瓶內空氣溫度改變時會改變體積,以維持固定的壓力,故此種溫度計又稱為「定壓氣體溫度計」。

(2).細玻璃管內的有色水柱會因瓶內的氣體體積改變而上下移動,觀察管內有色水柱的高度,即可測量溫度的變化。

(3).圖五中的燒瓶最初浸泡在20的水中,此時有色水柱高出瓶塞1㎝,改將燒瓶浸泡於20.5的水中時,有色水柱高於瓶塞10㎝,由此可以看出;溫度差只有0.5,有色水柱即可上升9㎝,代表氣體的體積變化很大,故此種溫度極為靈敏。

().  他:

1.上述溫度皆為較為傳統的溫度計,他們都有一個特色,就是利用物質在溫度變化時體積會產生:熱脹冷縮的原理以測量溫度。

2.因科學的進步,尚有運用其他原理製成的溫度計,例如:

().液晶溫度計:其原理是運用液晶在不同的溫度下,因分子結構的改變而有不同的顏色,利用不同的顏色據以判斷測量的溫度。

().紅外線溫度計:因為溫度愈高的物體所發出的紅外線(熱輻射)就會愈強,如醫師使用的耳溫槍就是運用紅外線強度來測量溫度。

創用CC標示:
CC