熱學

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(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(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(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。

黑體的基本性質─史蒂芬-波茲曼定律 (Stefan – Boltzmann’s Law)
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

「史蒂芬-波茲曼定律」或者稱之為「波茲曼定律」，該定律敘述「黑體的表面每平方公尺、每秒鐘所產生的電磁輻射能量(可稱之為輻射通量能量通量密度或發射功率)與絕對溫度的四次方成正比」，可以下式表示：

$$J=\varepsilon\sigma T^4$$

上式中的 $$\varepsilon$$ 代表灰體 (grey body)的發射率，若 $$\varepsilon=1$$ 則該物體為黑體，灰體的發射率介於 $$0$$ 與 $$1$$ 之間；$$\sigma$$ 稱為史蒂芬-波茲曼比例常數，$$\sigma=5.67\times 10^{-8}~Js^{-1}m^{-2}K^{-4}$$

海水表面溫度──黑體輻射(Blackbody-radiation)的應用（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：海水表面溫度──黑體輻射的應用（一）

然而，衛星測量還是存在許多難題待克服。首先，因為所有測量到的輻射都是從 $$0.01$$ 公釐深的海面輻射出來，無法代表整體海水表層，在白天因太陽照射所提升的溫度或者夜晚因為表面蒸發所導致的熱量散失而產生的溫度變化。這將造成與其他測量方式的研究數據無法進行比較。

海水表面溫度──黑體輻射(Blackbody-radiation)的應用（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

「海水表面溫度(Sea surface temperature ,SST)」，雖然指的是海水「表面」的溫度，但在實務中，所謂的「表面」的真正意義，將會因為測量方法的不同而有所差異。如果利用衛星感測紅外線的方式間接測量，只能得到極表層（約 $$10$$ 微米）的溫度，若利用船隻搭載溫度計，則可測量數公尺海面下的溫度。