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隔空點火

老師拿出一個塑膠筒,筒中有一個活塞。在筒中放一點棉花,然後用力推活塞,棉花便會起火燃燒。這個特技是利用熱力學第一定理。 在談熱力學第一定理之前,先介紹幾個物理量:內能、熱、及功。我們以隔空點火為例說明這些物理量的意義。管內空氣分子快速運動,因此具有動能,動能是一種力學能。空氣分子內有帶正電的原子核與帶負電的電子,因此空氣分子內也儲存了電磁能。空氣的主要成份為氧分子,氧分子是兩個氧原子藉化學鍵組合成的,因此空氣分子內也儲存了化學能。此外,空氣分子的原子核內儲存了核能。空氣分子內儲存的所有能量的總和稱為空氣分子的內能。管內空氣與外界因溫度差所交換的能量稱為熱。活塞壓縮管內空氣傳遞給空氣的能量稱為功。熱力學第一定理告訴我們:管內空氣增加的內能等於管內空氣從外界吸收的熱與外界(活塞)對管內空氣做功的總和。如果活塞快速壓縮管內空氣,管內空氣在極短時間內來不及與外界交換能量,此種過程稱為絕熱過程。熱力學第一定理告訴我們:在絕熱過程中,管內空氣增加的內能等於外界(活塞)對管內空氣所做的功。管內空氣內能增加,溫度便會上升。當溫度上升至棉花燃點時,棉花便會燃燒,這就是隔空點火的原理。你可不要以為這是什麼特異功能唷。
 
 
老師拿出一個塑膠筒,筒中有一個活塞。在筒中放一點棉花,然後用力推活塞,棉花便會起火燃燒。這個特技是利用熱力學第一定理。在談熱力學第一定理之前,我們先介紹幾個物理量:內能、熱、功。

我們以隔空點火為例,說明這些物理量的意義。管內空氣分子快速運動,因此具有動能,動能是一種力學能。空氣分子內有帶正電的原子核與帶負電的電子,因此空氣分子內也儲存了電磁能。空氣的主要成份為氧分子,氧分子是兩個氧原子藉化學鍵組合成的,因此空氣分子內也儲存了化學能。此外,空氣分子的原子核內儲存了核能。空氣分子內儲存的所有能量的總和稱為空氣分子的內能。管內空氣與外界因溫度差所交換的能量稱為熱。活塞壓縮管內空氣傳遞給空氣的能量稱為「功」。

熱力學第一定理告訴我們:管內空氣增加的內能等於管內空氣從外界吸收的熱與外界(活塞)對管內空氣做功的總和。如果活塞快速壓縮管內空氣,管內空氣在極短時間內來不及與外界交換能量,此種過程稱為絕熱過程。熱力學第一定理告訴我們:在絕熱過程中,管內空氣增加的內能等於外界(活塞)對管內空氣所做的功。管內空氣內能增加,溫度便會上升。當溫度上升至棉花燃點時,棉花便會燃燒,這就是隔空點火的原理。你可不要以為這是什麼特異功能唷。

資料提供

海洋大學光電科學研究所 周祥順 教授
E-mail:hschou@mail.ntou.edu.tw
 
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