热学(温度与热平衡).ppt

熱學 §10-1溫度與熱平衡 §10-2 熱容量與比熱 §10-3 熱膨脹 §10-4 物質的三態變化與潛熱 §10-5 熱的本質與熱功當量 3. 三相圖： 一般物質在凝固後體積縮小，當壓力加大時，凝固點、沸點升高。如右上圖所示。 少數物質，如冰、銻、鉍、生鐵等，在凝固後體積膨脹者，當壓力加大時，凝固點降低，沸點升高。如右下圖所示。 3. 潛熱： 潛熱的意義： 物態變化時所吸收或放出的熱量 潛熱只改變分子間的位能，而不改變分子運動的動能，因此其溫度保持不變。 物質受熱時之溫度與所加熱量之關係圖 固體 固液體共存 液體 液氣體共存 氣體 溫度 所加熱量 潛熱的種類： 熔化熱（凝固熱）：定壓下，使單位質量的固體（液體）物質變為同溫度之液體（固體）物質所吸收（放出）的熱量。 汽化熱（凝結熱）：定壓下，使單位質量的固體（液體）物質變為同溫度之液體（固體）物質所吸收（放出）的熱量。 51 - 191 5.5 - 212 空氣 175 1620 5.86 327 鉛 1750 2300 42 108.3 銅 65 357 2.82 - 38.8 水銀 51 - 183 3.3 - 218 氧 540 100 80 0 水 汽化熱 (cal∕g) 沸點 (℃) 熔化熱 (cal∕g) 熔點 (℃) 物質 4. 常見物質在 1 atm 時的熔點、沸點及潛熱： 溫度﹙℃﹚ 100 75 50 25 0 10 20 30 40 50 60﹙分﹚ 時間 例題：以量熱器作某液體比熱及汽化熱的實驗，熱源是一個 60 瓦的電熱器。量熱器的內筒質量 500克，比熱為 0.093卡∕克-℃，內盛 300克的某液體。在實驗中量到的液體﹙及蒸氣﹚溫度與時間的關係可用右圖表示。設溫度計的熱容量可以忽略，則下列敘述何者正確？ (A)最初 10分鐘，電熱器約供給 3.60 × 10 4 卡的熱量 (B)該液體的凝固點為 75℃ (C)該液體的汽化熱約為 540卡∕克 (D)該液體的比熱約為 0.418卡∕克-℃ (E)因量熱器不能完全隔熱，故該液體真正的比熱值應比本實驗所得結果小。 [81.日大] 答案：DE 說明： (A) 3.6 × 10 3 焦耳 (B) 凝結點 75℃ 例題：將 100℃的水蒸氣 120克，與 0℃的冰 120克混合於絕熱的容器內；假設蒸氣壓變化的因素可略，則達平衡之後剩下的水蒸氣有__________克。 [87.日大] 說明：1克 100℃的水蒸氣凝結成 100℃的水，放出 540卡的熱量。另外 1克 0℃的冰變成 100℃的水吸收 180卡的熱量。因此水蒸氣只凝結三分之一的量，即最後還剩 80克。 例題：設 M1 克的冰和 M2 克的水蒸氣混合後，最後的溫度成為 T。則 M1∕M2 和 T 的關係為右圖中的那一條？ [67.日大] (C) (E) T (D) 0℃ 100℃ (A) (B) M1∕M2 答案：E 1. 熱的本質模型： 熱質說：認為熱是無色、無味，又沒有質量的流質，稱為熱質。熱質不能產生，也不能消失，總量維持守恆。熱質增加時，溫度會升高，而熱質減少，使溫度降低。 熱動說：經過侖福特發現，及後來焦耳不斷的實驗測定，認為熱乃能量的另一種形式，可以和其他的能量形式互相轉換。後來更了解到熱是組成物質的微小粒子運動的表現，即原子、分子間的力學能。 2. 焦耳實驗： 實驗目的：使力學轉換成熱能，證實熱是能量的一種，並測出功與熱之間的關係。 h h m m 實驗裝置：如右圖所示。 步驟與原理：利用兩質量均為 m 之重錘，由 h 高處緩緩下降，帶動一轉翼轉動將水攪拌對水作功，力學能轉換成熱能，使水與容器的溫度上升。 實驗結果：測出整個過程所減少的力學能 W（焦耳）和所產生的熱能 Q（卡），求出焦耳（功的單位）與卡（熱量的單位）之間轉換的關係： ，此常數 J 稱為熱功當量。 註：1948年，將 1 卡直接定義成 4.186 焦耳。 例題：一瀑布高為 420米。假設水落至瀑布底時的全部力學能全變成熱能，則瀑布底及頂點的水溫相差幾度？ 例題：高空下落的雨滴，因受到空氣阻力，落地前會以等速下降。一雨滴的質量為 2.7 × 10 -7 公斤，落地前以等速度 20公尺／秒下降，設在此等速運動期間，雨滴受空氣阻力所生之熱量全部被雨滴吸收，且雨滴之質量保持不變，則此雨滴每秒溫度升高幾度？ [79.日大] 答案：約為 0.05度 * §10-1 溫度與熱平衡 §10-2 熱容量與比熱 §10-3 熱膨脹 §10-4 物質的三態變化與潛熱