0360102熱和我們的生活

02熱的傳播方式

 

2-1熱的傳導

       如果把鐵製湯匙放入裝有熱開水的杯子裡, 一段時間後,再用手去拿湯匙,你發現了什麼?

湯匙的匙柄變熱了。

準備熱開水和鐵製湯匙。

將鐵製湯匙放入熱開水中。

整根湯匙都變熱了, 怎麼會這樣?

熱水的熱傳到湯匙上了。

可以用實驗來觀察熱的傳播情形嗎?

可以在圓形鋁箔盤上滴蠟油,從下方加熱觀察蠟熔化順序。

可能是熱水使湯匙變熱了。熱水的熱是怎麼傳到整根湯匙呢? 

可能是由溫度高的一端傳向溫度低的一端。

 

    想想看,當我們用火加熱物質時,熱是怎麼傳播到物質的呢?

可能是由受熱端往四面八方傳播,可能是由溫度高的一端傳向溫度低的一端……。

 

Q:為什麼煮湯時摸放在湯中的湯匙匙柄,手會感覺到熱呢?

A:因為熱會從高溫處傳到低溫處,當爐火加熱鍋子時,會使鍋內的水溫度升高,然後鍋子中水的熱會傳到金屬湯匙,所以摸金屬湯匙的匙柄時就會覺得燙手。

 

       我們看不見熱,但你可以利用下列這些物品設計實驗,來看看熱是如何傳播?

固體的熱傳導

實驗器材:三腳架、蠟燭、圓形鋁箔盤、罐頭蓋。

操作步驟:

1.在圓形鋁箔盤上,滴上蠟油形成同心圓,待其冷卻變硬 。

2.從圓形鋁箔盤下方中央加熱鋁箔盤,觀察蠟的熔化順序。

3.從圓形鋁箔盤下方邊緣加熱鋁箔盤,觀察蠟的熔化順序。

 

討論

1.鋁盤上的蠟哪裡先熔化?

接近火源的蠟會先熔化。

其他位置的蠟有何變化?

傳導將熱由近端傳到遠端,近端蠟會先熔化接著遠端蠟才開始熔化。

2.根據你的觀察和實驗結果,熱是如何傳播的呢?

藉由物質,熱會從高溫處傳到低溫處。

3.根據實驗結果說說看,課本第40頁的湯匙匙柄沒有直接浸到熱水,為什麼也會變熱?

因為熱藉由湯匙傳導到匙柄,所以手握住握把就會感覺到熱。

 

傳導

熱藉由接觸物質的方式從高溫傳向低溫的地方,這種傳熱的方式稱為「傳導」。

    爐火的熱經由鍋子、熱湯、湯匙傳到手上。為什麼金屬湯匙加上木材或塑膠做的握把,就不容易燙手?

可能是因為材料不同,使傳熱速度不同的原因吧。

不同材料的物體,熱的傳導速度相同嗎?

不同材料的物體,熱的傳導速度可能會不同。

用不同材料比比看。

 

實驗時,哪些因素要保持不變?  

(1)每杯內加入水量、水溫相同的冷水。

(2)浸熱水的實驗時間要相同。

實驗時,要改變哪一個因素?

杯子的材料。

 

不同材料熱的傳導情形

實驗器材:水族箱、冷水、熱水、塑膠杯和鐵杯。

操作步驟:

1.在二種杯子中各倒入100ml溫度相同的冷水。

2.在水族箱內倒入約1/5 高度的熱水。

(水位不要超過杯內的水位,避免杯子漂浮。)

3.將二杯裝有冷水的杯子,同時放入熱水中。

4.五分鐘後,測量水溫,比較各杯水溫上升的情形。

 

討論

哪一種材料的杯子傳熱比較快?

鐵杯的傳熱速度比較快。

  你怎麼判斷的?

觀察兩個杯子中的水溫,發現鐵杯內的水溫上升比較快,表示傳熱速度也比較快。

不同物質,熱的傳導快慢也不同。

Q:不同材料製成的物品與熱傳導有什麼關係﹖

A:一般而言固體的熱傳導性質最好,液體及氣體較差。固體中,金屬的熱傳導性質又比非金屬好。因此鍋子往往用金屬製成,才能把爐火的熱量迅速傳導給鍋內的食物,但鍋子的握把與鍋鏟的握把則大多用木頭或塑膠,手才不會燙傷。

    我們常可看到下列用品的設計,應用了加速或減緩熱的傳導,而讓生活更便利!

塑膠或木頭材料做的握把不易傳熱,可以減緩熱的傳導。

用熱傳導快的材料製成鍋底可以加速食物煮熟。

    我們常可看到下列用品的設計,應用了加速或減緩熱的傳導,而讓生活更便利!

將熱傳導比較慢的紙套在熱飲料杯外層,手才不會被燙傷。

利用熱傳導慢的材料製成隔熱手套,避免拿物品時被燙傷。

 

討論

為什麼大多數的鍋子是用金屬材料製作?

金屬材料的傳熱速度比較快,因此適合當作鍋子的材料。

而鍋子的握把卻使用非金屬材料?

鍋子是煮菜時的容器,因此要用金屬的材料製作,傳熱快,可加快煮東西速度。

握把是手拿鍋子的部位因此要找傳熱慢的材料製作,才不會燙到。

 

 

2-2熱的對流

    用火將鍋子裡的水加熱,我們看不見熱,有什麼方法可以讓我們知道熱在水中是如何傳播的呢?

水滾了會一直往上冒泡泡,但水是透明的,無法看見熱是怎麼傳播的,如果加一些物質在水中,可能可以幫助我們觀察。

我們這一組直接把水加熱,但是為什麼無法清楚看見熱傳播的情形呢?

水是透明的,無法看見熱是怎麼傳播的。

我們這一組先在水裡加些東西再把水加熱,看看有什麼變化?

如果加一些物質在水中,可能可以幫助我們觀察。

我們也來做做看,看到了什麼?

水中的茶葉會上下流動,好像可以利用在水中加物品的方式,來觀察水受熱後的流動方式。

    試試看,將茶葉放入熱水中,在燒杯底部加熱,觀察在杯中水受熱後茶葉流動的情形並將結果用筆畫在習作的圖中。

水受熱時,由受熱的底部向上移動,到上方溫度稍降時又會流向底部,受熱的水不斷的上下移動,透過茶葉隨著水的流動,我們就可以清楚觀察熱在水中是如何傳播的。

 

Q:還有其他的方法可以觀察水的對流情形嗎﹖

A:如果要更清楚看到水的對流情形,可以利用卡式爐和玻璃鍋子來煮丸子或湯圓,可清楚的看到丸子在水中上下滾動的情形,只是使用卡式爐的危險性較高,須由教師操作。

 

水受熱後的流動情形

˙實驗器材:茶包、水、燒杯、酒精燈、三腳架、陶瓷纖維網。

˙操作步驟:將500ml燒杯裝約350ml的熱水,並放入一些茶包內的茶葉,利用酒精燈在杯底加熱。

在左側加熱,觀察茶葉在水中移動的情形。

在右側加熱,觀察茶葉在水中移動的情形。

 

1.幫酒精燈添加酒精時務必先熄火,酒精只能加至八分滿。

2.不慎引燃物品時,可利用溼抹布滅火。

3.熄滅酒精燈時,拿燈罩從火焰側邊蓋熄。

 

討論

1.燒杯內的水受熱時,茶葉在水中是如何移動的呢? 

如果在燒杯中間的底部加熱,茶葉會從底部往上升,再向兩邊往下降,形成對流;如果在燒杯的一端底部加熱,茶葉會從底部往上升,再從另一邊往下降,形成對流。

2.根據水受熱時的流動情形,水是如何傳播熱的呢?

水受熱時,由受熱的底部向上移動,上方溫度較低的水,會流向底部,不斷的循環上下流動。

空氣會流動,它的傳熱方式和液體一樣嗎?

可能和液體一樣,也會上下流動,設計實驗試試看。

冷、熱空氣的流動也會一樣嗎?

冷、熱空氣流動的方向不一樣,冷空氣會向下方流動,熱空氣則會向上方流動。

我們利用下列的器材來實驗觀察和比較。

 

觀察冷、熱空氣的流動情形

˙實驗器材:廣口瓶、線香、隔板、公升盒。

1.製造有煙的空氣瓶:將點燃的線香放入瓶內,使煙充滿瓶中。

2.製造冷空氣瓶(標藍點):將有煙的瓶子用隔板蓋住瓶口再浸泡在冰水中。

3.製造熱空氣瓶(標紅點):將無煙的瓶子用隔板蓋住瓶口再浸泡在熱水中。

4.將有煙的冷空氣瓶倒放在無煙的熱空氣瓶上,抽掉隔板,觀察煙的流動情形。

 

討論

1.實驗時,使線香的煙充滿瓶中的目的是什麼?

加了煙,可以清楚看到冷空氣、熱空氣的流動變化。

2.有煙的冷空氣瓶倒放在無煙的熱空氣瓶上,煙會如何流動?

將有煙的冷空氣瓶放在無煙的熱空氣瓶上方時,看到煙流向下方的熱空氣瓶中。

3.有煙的熱空氣瓶放在無煙的冷空氣瓶下方,煙會如何流動?

將有煙的熱空氣瓶放在無煙的冷空氣瓶下方時,看到煙往上方的冷空氣瓶飄。

 

Q:俗話說:「前雷後雨,落不溼土」,指的就是俗稱西北雨的對流雨,其發生原因和空氣的對流有關係嗎?

A:對流雨是由於夏季日照強烈,使得水蒸發旺盛,氣流上升,產生強烈對流而導致的降雨。

 

對流

空氣和水等會流動的物質受熱後,由受熱部分開始向上運動, 同時引起溫度較低的部分向下運動,形成循環,這種熱傳播的現象稱為「對流」。

 

    日常生活中我們常利用熱空氣上升,冷空氣會下降的原理,使室內溫度變得更舒適。例如:將冷氣機放在高處,冷空氣吹出後可以往下流動。

冷氣機製造冷空氣,因此放在屋內高處,便可利用冷空氣往下流動的特性, 而使房內溫度快速下降。

 

2-3熱的輻射

    晴朗高溫的夏天,在太陽下會感覺很熱,讓人想要躲在陰涼處乘涼。太陽的熱是如何傳播的呢?

在太陽下會吸收到太陽的熱,因此太陽的熱是由太陽傳播到地球上。

 

輻射

    在陽光下,物體的溫度會升高。陽光的熱不靠任何物質傳遞,即可進行熱的傳播,這種熱的傳播方式稱為「輻射」。

    太陽距離地球很遠,太陽的熱經過太空輻射到地球上,爐火、電暖器、燈泡等產生的熱,除了以對流和傳導的方式來傳播之外,也會用輻射的方式來傳熱。

因為太陽和地球之間有「接近真空的太空」,所以無法用傳導和對流的方式傳熱,只能用輻射的方式傳熱。

手靠近電暖器周圍會感覺熱

手靠近火四周也會感覺熱

電暖器能散發出熱量,是因為電暖器將熱用輻射的方式散發出來,將周圍的空氣進行加熱(電磁波),因此使得周圍的環境變得溫暖。

Q:什麼是輻射呢?

A:輻射是物質放出的電磁波,任何物體都會發出輻射電磁波(能量)。物體溫度高於四周物體者放出的電磁波較多, 並由低溫者吸到這些電磁波,故熱量仍由高溫者傳給低溫者。

 

2-4保溫

    利用物體對熱的傳播速度不同,使用不同的物品或方法來減少熱的傳播,達到保溫,讓生活更舒適和便利。

保溫瓶透過各種設計,達到保溫效果。

保溫瓶是將兩層杯壁的中間抽成真空,真空層能夠隔絕熱的傳播,因此真空設計能減少保溫杯的傳熱效果。

保溫袋內的鋁箔材料,能減少熱輻射達到保溫效果。

保溫袋利用良好的隔熱材質內層,阻隔了內外空氣的對流,使溫度留在袋內不易輻射散出,達到保溫隔熱的效果。

保麗龍是不良的傳熱材料,使盒子內外的熱不易笧產生對流。

把冰淇淋放在密封的保麗龍盒內,因為保麗龍是不良的傳熱材料,所以保麗龍盒內的溫度不易受到外在室溫的影響,此項屬於減少熱傳導。而密封的保麗龍盒可以阻隔保麗龍盒外部熱空氣流入保麗龍盒內部(冰淇淋的溫度較冷)的對流,此時屬於減少熱對流。

 

保溫

保溫其實是維持物體溫度的穩定。例如:冰淇淋放在保麗龍盒裡,是防止外面的熱流入。

 

是非第一關 (25題)

是非第二關 (25題)

是非第三關 (25題)

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選擇第一關 (25題)

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