熱管 (一)

熱管(Heat pipe) (一)
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

熱管是 1963 年為美國加州大學拉斯阿拉摩斯研究所 (Los Alamos Lab.) 的格魯佛氏 (Grover) 所發明,目的是為了將機器運轉過程中產生的高熱迅速移走,以維持機器能處於正常的工作溫度。

熱管是種熱傳輸的裝置,可以利用微小的溫差,將大量的熱能由高溫物體傳遞到低溫物體上。如下圖所示,熱管利用在高溫介面的液體吸熱後變成蒸汽,隨即在管內流動至低溫處,並在低溫介面凝結,凝結的液體會經由毛細構造的作用流回高溫部分,再次吸熱蒸發並不斷的循環。

矽能隙溫度計

矽能隙溫度計(Silicon Bandgap Temperature Sensor)
國立彰化高級中學賴文哲教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

矽半導體外層電子大多數是以價電子的形式存在,在室溫時,部分電子獲得足夠的能量而從價電帶躍遷到導電帶而形成自由電子,在價電帶留下一些帶正電的空位稱為電洞,當電子從導電帶再度躍遷回到價電帶會與電洞結合。導電帶與價電帶間能量差,就是「能隙」。

三相點

三相點(Triple Point)
國立彰化高級中學賴文哲教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

三相點是指一種物質在某一個溫度和壓力的數值時,可使其三相(氣相,液相,固相)同時存在。但三相共存不一定就是三相點,所以更嚴格的說是密閉系統中,ㄧ種物質三相可以互相達到平衡的唯一溫度及壓力。舉例來說,水的三相點在 $$0.0098^\circ C~(273.1598~K)$$ 及$$611.73~Pa$$(約 $$0.0060373057$$ 大氣壓);而汞的三相點是在 $$-38.8344^\circ C$$ 及 $$0.2~MPa$$。

蠟丸式節溫器

蠟丸式節溫器(Thermostat)
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

內燃引擎使用節溫器(俗稱水龜)調節冷卻水的流動。這種類型的節溫器利用機械的方式操作,並未涉及電子感應器。節溫器將蠟丸密封在銅質缸筒中,在低溫時蠟為固體,當引擎溫度上升時,蠟會融化並膨脹,於是推動節溫器的連桿將閥門頂開。節溫器的工作溫度是固定的,但可藉由調整蠟的組成進行調整,進而在不同的工作溫度開啟,一般約在攝氏 $$70$$ 到 $$90$$ 度之間。

熱沈或散熱片

熱沈或散熱片(Heat Sink)
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

「熱沈」,指的是一種環境或物體透過熱接觸(直接或間接),吸收高溫物體的熱量,並將吸收的熱量發散以降溫。熱沈廣泛使用在需要高效率發散熱量的系統中,主要工作為冷卻與降溫,可使用在冷凍系統(冰箱、冷凍庫)、引擎與用以冷卻電子裝置(如電腦、工作站、主機板)。

對流

對流 (Convection)
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

對流可藉由「液體的流動」或「較高溫粒子的集體移動到物質中較低溫區域」兩種形式發生。與傳導不同的是,熱液體的傳遞涉及較多的液體流動。而該運動發生在液體內部或液體之間,並且不可能發生在固體內部。在固體中,分子維持在相對位置導致流動無法產生,自然不會有對流現象。對流以兩種形式進行:自然對流與強迫對流。

輻射柵欄─與熱輻射有關的應用

輻射柵欄(Radiant Barriers)─與熱輻射有關的應用
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

輻射柵欄應用在隔熱建材上,主要功能在減低因為熱輻射所產生的熱量轉移。所有物質因為溫度的關係,會透過熱輻射釋放能量。而釋放的能量多寡由表面溫度與表面性質(以放射率表示)決定。放射率介於 $$0$$ 到 $$1$$ 之間,放射率越高,在該波長輻射出的能量越多。

黑體輻射的應用─紅外線攝溫顯像術

黑體輻射(Blackbody-radiation)的應用─紅外線攝溫顯像術
國立彰化高級中學姜志忠教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

紅外線攝溫影像術(Thermography, thermal imaging, or thermal video)乃藉由偵測電磁波譜中紅外線(波長約900-14000奈米)的輻射,進而形成電磁輻射的影像。依據「黑體輻射定律」,所有物體因其溫度會產生紅外線輻射,因此該技術可以在沒有可見光源照射的情況下「看見」周圍環境。物體產生的輻射會隨著溫度而增加(史蒂芬-波茲曼定律),藉此,紅外線攝溫顯像術可以觀測到溫度的變化。

黑體輻射

黑體輻射(Blackbody-radiation)
國立彰化高級中學姜志忠老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

「黑體」這個名詞是科希荷夫(Gustav Kirchhoff)在1860年所提出,黑體所發射出來的電磁輻射稱之為「黑體輻射(Black-body radiation)」或「空腔輻射」(cavity radiation,因為早期利用一個金屬製的空腔來模擬黑體),對於該現象的仔細研究,逐漸形成量子力學的雛形,因此黑體輻射在量子力學中佔有相當特殊的地位。

沸點

沸點(Boiling point)
國立彰化高級中學賴文哲教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

沸點是指物質沸騰時的溫度,也就是液體蒸氣壓和液面氣體壓力相等時的溫度,稱之為液體的沸點(boiling point)。此時液體不管是表面或內部只要獲得能量,足以破壞分子間的作用力(如偶極吸引力、氫鍵、凡德瓦力),便能加大分子間的距離而變成氣體。此時分子動能並不增加,溫度維持固定。

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