熱的傳遞與應用
基礎熱永遠從高溫傳向低溫，直至溫度相同；傳遞方式有三種：透過固體的傳導、靠流動的對流和不需要介質的輻射。金屬導熱快，木和塑膠絕熱；保溫瓶、羽絨衣和鑊柄正正巧妙運用這些原理。
- 熱永遠由高溫傳向低溫，直至兩個物體達到熱平衡。
- 傳導是熱在固體中的傳遞方式；金屬導熱快，木頭和塑膠是絕熱體。
- 對流靠液體和氣體的循環流動傳熱，風和沸騰的水都是例子。
文體小知識：熱的科普說明文把看不見的熱傳遞過程，用生活實例分為傳導、對流和輻射三種方式講解。
§課文原文 Passage
1把熱湯匙放進一杯凍奶茶，湯匙漸漸變熱，奶茶漸漸變涼，最後兩者溫度相同，這個最終狀態叫做熱平衡。熱的傳遞有明確的方向：永遠從溫度高的物體傳向溫度低的物體，不會倒過來。物體受熱時，粒子振動加劇，並把振動傳給旁邊的粒子，熱便這樣一步一步傳開去。
2熱在固體中主要靠傳導傳遞。金屬是良好的導熱體：把金屬棒一端放在火上，很快整支棒都熱了。實驗可以這樣做：在金屬棒上每隔一段距離用蠟粘上一根火柴，加熱一端，靠近火端的火柴最先落下，說明熱沿棒由近至遠傳導。相反，木頭、塑膠和空氣是絕熱體，導熱很慢：煮湯用木勺，勺柄不燙手；換上金屬勺，不久便燙得拿不住。
3液體和氣體主要靠對流傳熱：受熱的部分變輕上升，較冷的部分下沉補位，形成循環的流動。燒開水時，鍋底的熱水上升、表面的冷水下沉，全鍋水便逐漸滾起來；冷氣機裝在房間上方，冷空氣下沉、熱空氣上升，形成對流令全室涼快；風正是空氣大規模對流的結果。第三種方式是輻射：熱以電磁波形式直線傳播，不需要任何介質——太陽的熱穿過接近真空的太空到達地球，靠的正是輻射。深色粗糙的表面吸收輻射熱多，淺色光滑的表面則把輻射反射回去，所以夏天穿淺色衣服較涼快。
4生活中處處運用熱傳遞的原理。保溫瓶的夾層抽成真空，隔絕傳導和對流；內壁鍍上銀，把輻射反射回去，於是熱水整日溫暖。羽絨衣鎖住大量空氣，空氣是絕熱體，體溫便不易散失。鑊和煲的手柄用木或耐熱塑膠製造，隔絕傳導。電腦的散熱片加大金屬接觸面，加快散熱。認識三種熱傳遞，便能解釋日常現象，也能設計保溫或散熱的巧妙工具。
1重點摘要 Summary
熱永遠從高溫傳向低溫，直至溫度相同；傳遞方式有三種：透過固體的傳導、靠流動的對流和不需要介質的輻射。金屬導熱快，木和塑膠絕熱；保溫瓶、羽絨衣和鑊柄正正巧妙運用這些原理。
2生字卡 Vocabulary
熱由高溫物體傳向低溫物體的過程，方式包括傳導、對流和輻射。
熱沿固體由高溫部分傳向低溫部分，粒子振動逐層傳遞。
液體或氣體受熱上升、遇冷下沉形成循環流動，把熱帶到各處。
熱以電磁波形式直線傳播，不需要任何介質，例如陽光的熱。
容易傳熱的物料，例如金屬。
傳熱很慢的物料，例如木頭、塑膠和空氣。
兩個接觸的物體溫度變得相同、熱不再淨流動的狀態。
幾乎沒有物質的空間，不能傳導或對流，保溫瓶夾層便是真空。
以真空夾層和鍍銀內壁同時對付三種熱傳遞、保持水溫的容器。
3逐步講解 Steps
- 第一步：確認熱傳遞的方向舉個例子：把熱湯匙放進凍奶茶，湯匙慢慢變熱、奶茶慢慢變涼，最後兩者溫度相同，達到熱平衡。這說明熱永遠由高溫的物體傳向低溫的物體，不會自動倒過來。日常生活中熱湯放涼、冰塊融化的過程，都是熱在由高溫處流向低溫處，直到溫度一致為止。考試常考反例：把冰塊放在溫水上方，熱由溫水傳向冰塊，冰融化升溫，溫水降溫，方向依然由高溫指向低溫，可見規律不會例外。
- 第二步：觀察傳導實驗舉個例子：在金屬棒上用蠟粘住幾根火柴，用酒精燈加熱一端，火柴便由近至遠依次落下，說明熱沿金屬棒以傳導方式一點一點傳過去。傳導主要發生在固體中：金屬一端受熱，粒子振動加劇，把能量傳給鄰近的粒子。由火柴落下的先後次序，還可大致比較熱傳得多快。實驗時要留意安全與公平：每次只用同一支金屬棒、相同數量的火柴和相同距離，只改變要測試的條件，量度才準確，結果才可以互相比較。
- 第三步：比較導熱體與絕熱體舉個例子：煮湯時用木勺攪拌，勺柄長時間也不燙手；換成金屬勺，不多久便燙得拿不住，因為金屬是良好的導熱體，木頭和塑膠是絕熱體。廚具因此常用金屬造鍋身、用木或膠造手柄，各取所長。認識材料的導熱性能，日常選用工具時便能避開燙傷的危險。判斷材料屬於導熱體還是絕熱體，可用簡單測試：把牛油粘在棒的一端加熱，牛油先滑落的是導熱較快的材料，非常直觀，也適合在家長陪同下試做。
- 第四步：觀察液體的對流舉個例子：燒水時鍋底的熱水受熱膨脹、密度變小而上升，表面較冷的密度大，便下沉填補，如此循環流動，最後全鍋水一起滾。在水中滴一滴顏料再加熱，更能清楚看見流動的路線。對流是液體和氣體傳熱的主要方式，暖氣令房間變暖、海風吹向陸地，都靠對流。氣體同樣以對流傳熱：燒開水時壺蓋被蒸氣頂起、暖爐上方的空氣變輕上升，都是看得見的證據；冷氣機裝在高處，也是為了讓冷空氣下沉循環。
- 第五步：理解輻射不需要介質舉個例子：太陽與地球之間是近乎真空的太空，沒有物質可以傳導或對流，太陽的熱卻能以輻射方式直達地球，令地面變暖。輻射是物體不經接觸、以電磁波形式散發的熱，黑色表面最擅長吸收。站在陽光下覺得暖、離開火堆一段距離仍覺得熱，感受到的正是輻射。三種傳熱方式的分辨是常見考點：接觸固體靠傳導，流體流動靠對流，不經接觸直接感受到的是輻射；判斷時先問有沒有物質流動、有沒有接觸。
- 第六步：比較顏色對吸收輻射的影響舉個例子：把一個塗黑的罐頭和一個白色的罐頭同時放在陽光下，量度水溫，黑色罐頭的水升溫明顯較快。深色粗糙的表面吸收輻射多、反射少，淺色光滑的表面則反射多、吸收少。所以夏天宜穿淺色衣服，救生艇和極地動物又有深淺不同的考慮，都是同一原理的應用。實驗還要注意公平：兩個罐頭盛同樣分量的水、放在同一位置、同一時間量溫，只讓顏色不同，否則結果便不可信；量度至少重複兩次取平均。
- 第七步：拆解保溫瓶的設計舉個例子：保溫瓶的夾層抽成真空，沒有物質便無法傳導和對流；內外壁鍍上銀面，把輻射反射回去；瓶口再加瓶塞阻隔空氣，三種熱傳遞途徑全部被封鎖。於是熱飲能保暖幾小時，凍飲也不易變暖。保溫瓶是針對熱的三大特性逐一設計的經典例子，充分顯示科學與生活的結合。反過來想，夏天保凍飲也用同一設計：真空夾層同樣阻止外間的熱進入，所以保溫瓶既能保熱也能保冷；答題時寫出三種途徑逐一對應，便最完整。
4圖解 Diagrams
5例題示範 Example
例題：小樂要解凍雪藏雞翼準備晚餐，媽媽提出三個方法：一、放在金屬鑊蓋上；二、浸在流動的清水中；三、用膠袋包好放在陽光下。請從熱傳遞角度分析哪個方法最快且較衞生，並說明理由。
- 方法一：金屬鑊蓋是導熱體，吸收空氣中的熱再傳給雞翼，但空氣本身導熱慢，解凍速度一般。
- 方法二：水比空氣導熱快得多，加上流動令對流不斷進行，源源把熱帶到雞翼表面，解凍快；低溫解凍不易滋生細菌，較衞生。
- 方法三：陽光以輻射傳熱，只令表面升溫，內部仍冰冷；表面長時間溫暖反而容易滋生細菌，不衞生。
- 綜合比較：方法二最快且較衞生；方法三應避免。
- 若要更快又安全，可在方法二基礎上每半小時換水，令對流保持暢旺。
- 答案：浸在流動清水中解凍最快又較衞生：水導熱快加上對流不斷；陽光輻射只暖表面、易滋生細菌，不宜採用。
6常見錯誤 Mistakes
75 題快測 Quick check
Q1熱傳遞的方向是怎樣的？
Q2三種熱傳遞方式分別是什麼？
Q3為什麼金屬勺柄燙手而木勺柄不會？
Q4冷氣機為什麼裝在房間上方？
Q5保溫瓶怎樣同時對付三種熱傳遞？
8重點回顧 Recap
- 熱永遠由高溫傳向低溫，直至兩個物體達到熱平衡。
- 傳導是熱在固體中的傳遞方式；金屬導熱快，木頭和塑膠是絕熱體。
- 對流靠液體和氣體的循環流動傳熱，風和沸騰的水都是例子。
- 輻射以電磁波直線傳播、不需要介質；深色粗糙表面吸收多，淺色光滑表面反射多。
- 保溫瓶、羽絨衣、鑊柄和散熱片，都是巧妙運用熱傳遞原理的設計。