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比熱容

國中物理熱容量恆定、能量完全傳遞且無相變情況下的顯熱加熱

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關於此實驗

輸入相同的能量並不會帶來相同的溫升。比較類似水的樣品與熱容量較低的材料，觀察質量和比熱容如何影響加熱。溫度計僅為示意，數值讀數才是定量結果。

學習目標

  • 在控制其他變數的同時，探究輸入能量對溫度的影響。
  • 使用圖表和數值讀數來檢驗預測。
  • 說明物理假設，以及此模型不再適用的情況。

使用方法

  1. 1使用 0.5 kg 和 4200 J/(kg·K)。輸入 21 kJ，並確認溫升是否為 10 K。
  2. 2儲存曲線後，使用 2100 J/(kg·K)。比較輸入相同能量時的溫升。
  3. 3在比熱容和輸入能量不變的情況下，將質量加倍。預測新的溫升。
  4. 4改變初始溫度。改變的是斜率，還是只有截距？

模型

顯熱加熱所需的能量
能量傳遞後的溫度

假設

  • 假設比熱容為定值、輸入的能量全部進入樣品，且沒有熱量損失。
  • 此模型僅涵蓋顯熱加熱。預測的高溫不包含沸騰、熔化或隨溫度變化的物性。

在課堂上試試這個實驗

  1. Q1為什麼升高 1 K 與升高 1 °C 的幅度相同？
  2. Q2要使 2 kg、比熱容 c = 900 J/(kg·K) 的材料升溫 15 K，需要多少能量？

常見問題

樣品會在 100 °C 沸騰嗎？

此模型不模擬相變。對於接近沸點的水，請改用狀態變化實驗；此模型是在比熱容為定值的假設下進行外推。

熱容量和比熱容有什麼差別？

熱容量屬於整個樣品，單位為 J/K。比熱容量按每公斤計算，單位為 J/(kg·K)。