狐狸貓是這學期的理化小老師

每次上課前　他都會貼心的幫老師準備一杯溫開水

今天　狐狸貓一如往常按下飲水機的按鈕

沒想到飲水機卻顯示溫水溫度過高　暫時無法提供溫水

但是　再五分鐘就要打鐘上課了

請問你會建議狐狸貓選擇下列哪一種方法

才能在五分鐘內準備好溫開水呢

為了在最短的時間準備好溫開水

狐狸貓將飲水機的冰水與熱水混合

順利在上課前將溫水放到講桌上

現在請你利用之前學習到關於熱的知識

一起想想看

狐狸貓將冰水與熱水混合的過程

熱能是如何流動的呢

還記得先前的課程中我們學到

溫度不同的兩物體間會有熱能的轉移

熱能會由溫度高的物體往溫度低的物體移動

因此　混合熱水與冰水時

熱水會放出熱能　溫度漸漸下降

冰水則會吸收熱能　使溫度上升

最終達到一個介在熱水與冰水間的溫度

而當兩杯水的溫度相同且不再改變　表示達到熱平衡的狀態

這時狐狸貓十分好奇

飲水機熱水溫度95℃　冰水溫度10℃

他將200毫升的熱水與300毫升的冰水加在一起

要怎麼知道混合後達到熱平衡的溫度呢

在沒有熱量散失的狀態下　混合熱水與冰水的過程

熱水放出的熱量會完全被冰水吸收

因此我們可以藉由熱水放出的熱量與冰水吸收的熱量相等

來計算出達熱平衡時的溫度

之前我們有學習到

可以利用　質量乘以比熱乘以溫度變化量

這個公式來得到吸收或放出的熱量

因此　在狐狸貓混合冰水與熱水的例子中

我們先假設最後達到熱平衡後的溫度為T

同時　我們知道水的比熱為1卡∕

熱水質量200公克

原本溫度為95℃

最後平衡溫度為T

因此利用公式　我們可以知道

放出的熱量為　200乘以1乘以

同樣的　冰水質量300公克

原始溫度10℃

平衡後溫度為T

所以冰水吸收的熱量為　300乘以1乘以

因為沒有熱量散失　所以吸收的熱量等於放出的熱量

200乘以1乘以

會等於300乘以1乘以

經過運算後　我們可以得到最後平衡的溫度為44℃

這時狐狸貓想　剛才是假設沒有熱量散失的情況

冰水與熱水混合的平衡溫度是44℃

那麼如果他現在將溫度計放到混合後的水

這杯水的溫度會大於還是小於44℃呢

在實際狀況下　熱水放出的熱量會有部分散失到空氣中

使得冰水吸收到的熱量減少　無法上升到44℃

所以這時如果狐狸貓實際測量這杯水的溫度

會發現水溫低於44℃

最後讓我為你做個小整理吧

當兩個溫度不同的物體接觸時

熱能會從高溫物體傳向低溫物體

兩溫度不同的物體接觸後

當溫度相同不再改變　稱為熱平衡的狀態

在沒有熱量散失的情況下　兩溫度不同物質接觸時

高溫物質放出的熱量等於低溫物質吸收的熱量

最後給你一個小問題想想

利用酒精溫度計測量物體溫度時

溫度計的讀數是溫度計與物體接觸達熱平衡時的溫度

因此被測物品的溫度可能會受到溫度計影響

那麼請你想想看

用同樣溫度計測量十毫升及十公升的水時

何者測量出的水溫會與實際水溫有比較大的誤差呢

歡迎你去尋找答案　留言在下方

我們下次見