熱

比熱 (Specific Heat Capacity)
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

比熱（Specific heat capacity 或 Specific heat，符號 $$c$$ 或 $$s$$），即使單位質量的某種物質升高單位溫度所需的熱量。提高水的溫度凱氏 $$1$$ 度所需的能量是 $$4.184$$ 焦耳每克，其中”克”是被指定的數量，所以水的比熱表示為 $$C = 4.184~J/g\cdot K$$，常用的表示法是以卡作為熱量單位，所以水的比熱亦可表示為 $$C = 1~cal/g\cdot K$$。具體測量時，比熱單位中的質量可使用克或公斤。

熱震（Thermal Shock）–發生熱震的真實案例
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

堅硬的岩石含有裂縫，因此針對岩石加熱，之後迅速冷卻，讓裂縫增大，使岩石碎裂，過去埃及開採金礦，就是利用這種方法碎裂堅硬的岩石。而沙漠中的巨大岩石， 白天吸收大量太陽熱輻射，溫度急遽上升，夜晚溫度迅速下降，導致岩石產生熱震，逐漸崩解，若裂縫中存有少量水分，寒冷的夜裡，水結成冰，體積膨脹，進一步 使裂縫加大，可加速岩石的崩解，逐漸形成砂粒。

將冰塊放在溫水中，表面的會因為熱震而破裂，其破裂速度大於冰塊內部。因為當水結成冰時，冰塊體積膨脹，當冰塊外表面接觸溫水，將使冰塊收縮並開始融化，但內部仍維持恆溫不變。這種體積的快速改變，將使不同冰層間產生應力，導致破裂。

熱虹吸 （Thermosiphon）﹝一﹞–簡介
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

「熱虹吸」，指的是「一種以自然對流的方式所進行的熱交換，不需要任何幫浦的協助」，其主要目的在於減少花費，並簡化使用傳統液體幫浦產生強迫對流的複雜性。

簡單的熱虹吸

當液體被加熱時，物體受熱後體積膨脹、密度降低，所產生的浮力比低溫的液體大，導致高溫液體向上流動，對流就產生了。當高溫液體向上移動時，連帶的將熱量向上帶走，周圍低溫的液體跟著流動、進行補充。在許多狀況中，液體的流動是相當容易的，因為熱虹吸會設計成具有相當低的水力阻力（hydraulic resistance），也就是液體流動的阻力不大。

熱虹吸 （Thermosiphon）（二）–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

連結：熱虹吸（一）–簡介

太陽能熱水器

熱虹吸使用在以液體（如水）為主要傳熱媒介的太陽能熱水器中，熱水器中的水被動的被太陽能加熱，將太陽能轉移到熱水器的集熱器上。來自集熱器的熱能可以兩種方式轉移到水體，一是直接讓熱推動水的對流，另一種則是間接的利用防凍劑吸收集熱器的熱再轉移到水，對流發生時，熱水向上流動並將熱量帶走，並由冷水進入補充，為達此目的，太陽能熱水器的儲水桶必須架設在比集熱器更高的地方，儲水桶周圍則必須做好隔熱措施，避免熱量流失。

露點 (Dew 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

露點或露點溫度是指在固定氣壓之下，空氣中所含的水蒸氣會凝結成水而從空氣中析出的溫度。露點高低受大氣壓與空氣中水蒸氣的飽和度影響。換句話說，空氣中水蒸氣的最高含量隨溫度降低而減小，當氣溫由高溫漸漸降低到低於這溫度時，過多的水蒸氣便會凝結成水，這些水如果凝結在固體上就成為露，如果飄浮在空中則稱為霧。

雙金屬片 (Bi-metallic Strip)
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

雙金屬片是用來將溫度變化轉化為機械性的位移。選擇兩種熱膨脹係數不同的片狀金屬，將其併合成一雙金屬片，正常溫度之下金屬片為筆直狀態。當溫度升高時，由於兩側膨脹程度不同而向熱膨脹係數較小的一邊彎曲，如果冷卻低於其正常溫度，則向熱膨脹係數較大的一邊彎曲。常用來製造雙金屬片的材料有錳鎳銅合金、鎳鉻鐵合金、鎳錳鐵合金和鎳鐵合金等。

熱管(Heat pipe) (三)–熱管的應用
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

連結：熱管 (二)

格魯佛（Grover）與其同事針對太空載具中的核能電池，設計合適的冷卻系統，因而創造出熱管，現在熱管更廣泛的使用在太空梭中，負責太空梭內部的溫度控制。

熱管優異的散熱功能，也廣泛被利用在現代的電腦系統中，因為現代的電腦對於效能的要求越來越高，高速的運算將產生更多的熱，對於冷卻系統的需求更加嚴格。熱管的效能極高（吸熱能力比同體積的金屬管強 $$1000$$ 倍），可用來移除CPU所產生的熱，轉移到熱沈（heat sink），透過熱沈的風扇將熱發散到周圍環境中。

熱管(Heat pipe) (四)–熱管的限制
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

連結：熱管 (三)–熱管的應用

熱管使用在不同的環境中，因此必須進行調校，使其工作效能適應使用的環境。從熱管材質的挑選，到熱管的尺寸、冷卻液（工作液體）等等，對於熱管的工作效能都有重大的影響。

當熱管加熱到特定溫度以上時，管內的工作液體將會蒸發，而凝結過程將會終止。此時，熱管的熱傳導能力將會降低到外層金屬材質的熱傳導能力相同。雖然多數的熱管外殼都是以銅（具有高熱傳導能力的物質）製成，當熱管過熱時，其效能將因工作液體的失效而大幅下降，可能只有原有導熱能力的 $$1/80$$。

熱管(Heat pipe) (二)
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

連結：熱管 (一)

典型的熱管包含利用高導熱係數金屬材質（如黃銅或鋁、鎳、不銹鋼等等）所做成的中空、密閉管子，並利用真空幫浦將所有流體（液體與氣體）排到管子外面，使其幾近真空；之後，依據工作溫度挑選適合的冷卻劑或工作液體(working medium)灌入管中。使用的工作液體包括水、乙醇、丙酮、水銀甚至鈉等等。若工作溫度在 $$0$$ 到攝氏 $$130$$ 度，可以選用乙醇；工作溫度在 $$600$$ 到 $$1000$$ 度，可以採用鈉。因為管內仍保有部分真空，所以內部壓力略低於液體的蒸汽壓，所以管內有部分的工作液體會以氣體的形式存在。