單元參:熱量與溫度變化

一、熱量變化

 ().熱量的定義:

1.熱量是一種能量的形式,環境中的物體溫度不同時,則
熱量會由【
高溫流向低溫】處

2.熱量的單位是卡路里,簡稱【cal】。
定義:1公克的水溫度上升1時所吸收的熱量為1

3.取一定質量的純水,初溫20,以穩定的熱源加熱,紀錄加熱時間與水溫的變化(如表一):

表一:加熱時間與溫度T

 
 


加熱時間()

0

2

4

6

8

溫 度()

20

30

40

50

60

4.將表一中數據繪成加熱時間與溫度的關係座標(如圖一)

image001

5.為分析「熱量變化對溫度差」的關係,可將表一中每隔兩分鐘紀錄的水溫求出溫度差,得數據如表二:

表二:加熱時間與溫度差ΔT

 

 

 

加熱時間()

0

2

4

6

8

溫度差ΔT()

0

10

20

30

40

 

 

6.將表二的數據繪製成「熱量變化對溫度差」的關係(如圖二所示),則可以看出:加熱時間與上升的溫度ΔT兩者成正比關係

image002


().熱量的運算:

1.若水的質量=M公克,溫度的變化=ΔT,則水的熱量變化為:
公式:
【H=M×ΔT】

2.若供應的熱量固定,則水溫變化與水的質量成反比,即
MΔT成反比。(如圖三)

image003

1.設水的質量固定,則加熱時間與溫度差成正比,其中加熱時間即代表熱量變化H,即H與ΔT成正比

2.HM×Δ 只能適用於液態的水,水蒸氣和冰的熱量變化則須考慮【比熱】,有關比熱觀念將在單元肆中詳述。

3..其他物質並不適用上述熱量運算的公式,因為除水之外的其他物質,每1公克上升1所需的熱量不一定是1,此點將在單元肆中詳述。

 

二、水的三態變化

().三態變化與熱量變化:

1.水的【凝固:(放熱反應)

().物質由液體變為固體的現象,發生在凝固點,在常溫常壓下(即251atm);水的凝固點是0,又稱冰點

().凝固熱:水的溫度在0時,質量1公克的水凝固成0的冰所釋放出的熱量為80/克。

2.凝結:(放熱反應)

(1).物質由氣體變為液體的現象,發生在凝結點,在常溫常壓下;純水的凝結點是100

(2).凝結熱:質量1公克的水在溫度100時,汽化成100的水蒸氣所釋放出的熱量為539/克。

1.凝固凝結皆為放熱的物理反應,其逆反應分別為熔化汽化,則為吸熱反應,可以下列反應式表示(如表三)。

image004
 

2.影響物質三態的因素除了溫度之外,尚有壓力等因素,例如:在1大氣壓下水的沸點為100,但在高山上氣壓不到1atm時,水的沸點就不到100,所以在高山上欲煮熟食物較平地因難,這是水的沸點降低之故。

3.熔化和汽化將在單元伍中詳述。

().生活中的實例:

1.乾冰、熱水的附近常有白色煙霧,是水蒸氣遇冷凝結成小液滴的現象。

2.下雨前感到悶熱是水蒸氣凝結成水滴時放熱的結果。

3.台灣地區於夏季常有颱風,其能量得自水蒸氣凝結釋出大量的凝結熱,故只要颱風位在熱帶海洋,有足夠的水蒸氣供應,就能獲得大量的熱能助長其風勢,所謂「山雨欲來風滿樓」,也是相同的道理。

4.大雨過後會感覺涼爽,這是因為地面的雨水在蒸發時需要大量的汽化熱,故雨水蒸發有助於降低氣溫,使人覺得較為涼爽。

 

三、昇華和凝華

1.在一大氣壓下某些物質僅有固態和氣態,例如:二氧化碳、碘、樟腦等。

2.【昇華】:固態物質受熱後達到一特定的溫度,即由固態變為氣態,此種現象稱為昇華,這是吸熱的物理反應

3.【凝華】:是昇華的逆反應,氣體釋出熱量直接由氣態變為固態的現象,稱為凝華,此為放熱的物理反應

4.以二氧化碳為例,固態的二氧化碳俗稱:乾冰,受熱後達到-78.5就直接由固態轉變為氣態(如表四所示):

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