單元貳：熱的描述

一. 波溫度和溫度計：

 (一).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℉】。

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℉

(二). 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4℃～100℃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：熱量的傳遞是由溫度較高的物體傳向溫度較低的物體。

(三). 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	沸  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）。

二.溫度對體積的影響：

(一).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0℃至4℃之間會熱縮冷脹，（如圖二之座標）。

3.以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4℃至0℃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。

(二).實驗觀察：

1.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T＝50℃……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：

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。

 

三.其他形式的溫度計：

(一).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）：

(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。

(二).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。

(三).其  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：

(一).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。

(二).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。