DSE 物理 · 熱學 · 熱輻射

熱輻射實驗模擬器

比較亮面和啞面表面的熱輻射性質，理解輻射率對熱傳遞的影響

🎯 實驗目標

比較亮面（銀色）和啞面（黑色）表面的熱輻射性質。觀察不同表面如何影響熱能的吸收和發射，理解輻射率（emissivity）的概念。

📝 實驗步驟

1️⃣

選擇模式

冷卻或加熱實驗

2️⃣

設定溫度

調整初始/環境/熱源溫度

3️⃣

開始實驗

觀察兩瓶的溫度變化

4️⃣

比較差異

觀察哪瓶變化較快

熱輻射實驗模擬

銀色瓶
80.0°C
黑色瓶
80.0°C
溫差
0.0°C

💡 觀察重點：冷卻時，黑色瓶(啞面)會比銀色瓶(亮面)更快降溫

20°C

周圍環境的溫度

80°C

兩瓶開始時的溫度

1x
0.5x (慢)5x (快)

👀 觀察重點

1️⃣

冷卻速率差異

黑色啞面瓶比銀色亮面瓶更快降溫（輻射率更大）

2️⃣

加熱速率差異

黑色啞面瓶比銀色亮面瓶更快升溫（吸收率更大）

3️⃣

溫差變化

實驗進行時，兩瓶的溫差會逐漸擴大

💡 概念理解

📡 熱輻射

所有物體都會以電磁波的形式發射熱輻射，不需要介質。溫度越高，輻射功率越大（遵循 Stefan-Boltzmann 定律：P ∝ T⁴）。

✨ 輻射率 (e)

輻射率描述物體發射和吸收輻射的能力。黑色啞面 (e≈0.95) 接近完美黑體，銀色亮面 (e≈0.02) 接近完美反射體。

🔄 Kirchhoff 定律

好的吸收體也是好的發射體。黑色表面既容易吸收熱輻射（加熱快），也容易發射熱輻射（冷卻快）。

🏡 日常應用

保溫瓶內膽使用銀色鍍層減少熱輻射；太陽能集熱器使用黑色表面增加吸收；衣服顏色影響夏天的涼爽度。

📚 DSE 考試重點

1️⃣

熱輻射的特性：熱輻射是以電磁波形式傳遞的熱能，不需要介質，可在真空中傳播。所有溫度高於絕對零度的物體都會發射熱輻射。

💡 太陽的熱能就是透過輻射穿越真空到達地球

2️⃣

輻射率與表面性質：黑色啞面（粗糙）表面的輻射率接近 1，是良好的吸收體和發射體；亮面（光滑）表面的輻射率接近 0，是良好的反射體。

💡 保溫瓶內膽用銀色鍍層就是利用這個原理

3️⃣

Kirchhoff 輻射定律：物體的吸收率等於其發射率。好的吸收體（黑色）也是好的發射體，因此加熱快但冷卻也快；差的吸收體（銀色）也是差的發射體。

💡 這解釋了為何黑色車在夏天特別熱，但晚上降溫也快

4️⃣

Stefan-Boltzmann 定律（SI 單位）：P = εσAT⁴，功率 P 單位是瓦特(W)，表面積 A 是平方米(m²)，絕對溫度 T 是開爾文(K)，σ = 5.67×10⁻⁸ W m⁻² K⁻⁴。輻射率 ε 無單位(0 ≤ ε ≤ 1)。

💡 DSE 注意：必須用絕對溫度 K（T(K) = T(°C) + 273），溫度加倍，輻射功率增加 16 倍