熱學02：內能與熱傳遞

從微觀的分子運動到宏觀的能量轉移。掌握傳導、對流、輻射的機制，並透過實驗觀察熱的流動。

1. 內能 (Internal Energy)

微觀定義

  • 動能
    分子動能 (KE)：

    源於分子的隨機運動（移動、振動、轉動）。

  • 勢能
    分子勢能 (PE)：

    源於分子之間的吸引力與距離（狀態）。

公式總結：

\[ \text{內能} = \sum \text{動能} + \sum \text{勢能} \]

溫度與熱

溫度 (Temperature)

溫度的數值反映了物體內分子的平均動能。
溫度上升 → 分子運動增加

熱 (Heat)

因溫差而由高溫轉移至低溫物體的能量。

2. 熱傳遞的三種方式

傳導 (Conduction)

主要發生在固體

熱能透過粒子的振動與碰撞傳遞，粒子本身不隨熱流動。

為何金屬導熱快？
因為金屬擁有大量自由電子，能快速移動傳遞能量。

對流 (Convection)

液體與氣體 (流體)

流體因溫度改變導致密度改變而產生流動。

  • 熱流體：膨脹 → 密度減小 → 上升
  • 冷流體：收縮 → 密度增加 → 下降

輻射 (Radiation)

真空亦可傳遞

以電磁波形式傳遞能量，不需介質。

黑色/粗糙
良吸收/發射體
銀色/光亮
不良吸收/發射體