0150103熱對物質的影響

02熱的傳播

 

在陽光下,我們會感覺到溫暖,這是太陽的熱對我們的影響,而太陽的熱是如何傳播的呢?燃燒物質也會產生熱,熱又會使物質產生什麼變化呢?它又是以什麼方式在物質之間傳播的呢?現在就讓我們一起來探索吧!

 

熱的傳導

當我們用火加熱物質時,物質的溫度會升高,想想看,熱是如何傳播到物質的?不同材質的物體,熱的傳播速度一樣嗎?讓我們來試試看吧!

 

不同材質的熱傳導比較

  1. 準備一支鐵棒,並將鐵棒插入杯蓋的孔洞中,再放入裝有熱水的燒杯裡。

2.用手輕觸棒子上端,感覺棒子的溫度變化

  1. 另外準備兩支長度、形狀、粗細都相同的鐵棒和塑膠棒。並將兩支棒子分別插入杯蓋的孔洞中,再放入裝有熱水的燒杯裡。
  2. 用兩手同時輕觸棒子上端,感覺棒子的溫度變化。

 

  1. 根據步驟2的結果,說說看,熱在固體中是如何傳播的呢?

熱在鐵棒上的傳播,是從高溫的熱水處,傳向低溫的鐵棒處。

  1. 根據步驟4的結果,哪一支棒子的溫度比較高?

鐵棒的溫度比較高。

  1. 不同物質傳播熱的快慢一樣嗎?

不一樣。

  1. 想想看,為什麼燒杯上要有杯蓋呢?

加蓋可以阻隔水蒸氣,同時也可以固定棒子,使棒子浸泡於熱水中的長度相同,避免條件差異而影響實驗結果。

 

熱經由物體,從溫度高的地方傳至溫度低的地方,這種熱的傳播方式,稱為傳導。不同材質的物體,熱傳導的快慢也不相同,日常生活中有許多用品會應用這個原理來設計,以達到加快或減緩熱傳導的目的。

 

布的熱傳導比較慢,可以製成隔熱手套

紙的熱傳導較慢,手隔著紙套拿熱飲較不會被燙到

利用熱傳導較快的材質當鍋子或茶壺等物品的主體,加速熱傳導將食物煮熟,而塑膠或木頭材質傳導較慢,製成把手可以避免燙手

 

熱的對流

煮開水時,火會藉由傳導的方式,將熱傳到鍋子,再從鍋子傳到水中,使水沸騰,那麼熱在水中是如何傳播的呢?

水從鍋子加熱處開始向上流動,將熱傳到溫度較低的地方,利用流動方式傳遞熱。

 

怎樣可以清楚觀察到熱在水中傳遞的情形呢?

可以在水中加入物質幫助觀察嗎?

 

水的對流

  1. 準備250毫公升的熱水,再將茶包剪開一角,倒入適量的碎茶葉於水中。
  2. 以酒精燈加熱燒杯中的水,觀察碎茶葉的移動情形。

 

  1. 加入碎茶葉的目的是什麼?

幫助觀察水的流動情形。

  1. 可以用其他物質替代嗎?

細小顆粒即可;例如細小木屑或是黑胡椒末、橡皮擦屑等。

  1. 燒杯中的水受熱時是如何流動的?這個現象和熱在水中的傳播有什麼關係?

從水中物質流動的現象可以知道,水從底部加熱溫度較高處向上流動,水位上方溫度較低的水會向下,形成向上向下流動的循環,如此將熱傳遞到整杯水中。熱從水中溫度高的地方流向溫度低的地方。

 

熱隨著液體的流動,由高溫處傳到低溫處,這種熱的傳播方式,稱為對流。

液體產生對流時,熱的液體會往上升,冷的液體會往下降。氣體也會流動,它也是透過對流的方式傳播熱嗎?

 

空氣的對流

  1. 準備兩個廣口瓶,一瓶浸泡在冷水中為冷瓶,一瓶浸泡在熱水中為熱瓶。
  2. 點燃線香使冷瓶中充滿煙霧,再用玻璃片蓋住瓶口防止煙霧散掉。
  3. 將熱瓶倒放在冷瓶上,移開玻璃片,觀察瓶內煙霧的移動情形。
  4. 將步驟3之熱瓶和冷瓶的位置上下對調,並觀察瓶內煙霧的移動情形。
  5. 重複上述步驟1,準備兩個廣口瓶,分別浸泡在冷水和熱水中,製造冷、熱瓶。
  6. 點燃線香使熱瓶中充滿煙霧,再用玻璃片蓋住瓶口防止煙霧散掉。
  7. 將熱瓶倒放在冷瓶上,移開玻璃片,觀察瓶內煙霧的移動情形。
  8. 將步驟7之熱瓶和冷瓶的位置上下對調,並觀察瓶內煙霧的移動情形。

 

  1. 冷的廣口瓶在下時,你觀察到煙霧的移動情形如何?

步驟3中,煙霧聚集在冷瓶中,沒有流動;步驟7中,煙霧停留在熱瓶中,沒有流動。

  1. 冷的廣口瓶在上時,你觀察到煙霧的移動情形如何?

步驟4中,煙霧由上方的冷瓶下降至熱瓶中;步驟8中,煙霧由下方的熱瓶上升至冷瓶中。

  1. 從煙霧移動的現象可以知道冷、熱空氣的移動情形為何?

熱空氣會上升,冷空氣會下降。

 

氣體傳播熱的情形和液體一樣,較高溫的氣體會上升,旁邊溫度較低的氣體會下降,如此形成一個對流循環的現象。

 

想一想,在我們日常生活中有哪些應用到對流原理的例子呢?

冷氣機裝置在高處,吹出來的冷空氣經由對流作用使室內溫度下降

暖爐放置於低處,加熱的空氣經由對流作用使室內溫度逐漸上升

打開窗戶可以讓室內和戶外空氣流通

 

熱的輻射

太陽和地球之間沒有氣體、液體或其他物質直接相連,無法藉由傳導或對流的方式來傳播熱能,但是太陽的熱仍然能傳到地球上,這種不需要藉助任何物質的傳熱方式,稱為輻射。

我們可以利用物體阻擋掉大部分的輻射熱,所以在炎熱的夏天,躲在樹蔭下或是撐傘,都會比直接曝晒在陽光下涼快些。

不同顏色對太陽輻射熱的吸收也不一樣,想一想,什麼顏色比較容易吸收輻射熱呢?

粗糙且深色的表面吸收輻射能的效率高,表面光滑、淺色、會反光的表面吸收效率較低。

 

在炎熱的夏天,穿著淺色的衣物,比較不會吸收輻射熱喔!

 

 

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