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2011 年 4 月 4 日
 

紅外光太空望遠鏡攝影特展 (4):熱的轉移與溫度的量測
影像提供 : NASA / IPAC
文字提供 : 陳輝樺

說明 : 科學家們相信 宇宙 (Universe) 是由 物質 (matter) 與 能量 (energy) 所組成的,而物質有其 原子 (atoms) 和 原子群組成的 分子 (molecules) 結構,造成這些原子與分子能夠結合與分散、移動、來回震動與外觀變形等運動功效的就是能量。所有原子與分子能夠從能量生成移動、來回震動與外觀變形等運動功效大小,所獲得增加的就是「 (Heat) 」 或稱之為「熱能 (thermal energy)」。熱可以從甲地轉移至乙地,它的轉移方式大致上可略分成固體的傳導 (conduction)、流體 (氣體、液體、電漿體) 的對流 (Convection)  和不需憑藉介子的輻射 (Radiation) 等 3 種方式。但是,這些原子與分子轉移的速率總是不同,例如,氣體的四面八方無方向性的擴散,速率有的較快、有的較慢。溫度 (Temperature) 是一種可以指示熱平衡狀態的量,所以溫度的量測與物體的分子數目無關。如左上照片所呈現的液體表面溫度分佈。

        要決定溫標,可以利用因溫度而變的物理現象,其中最簡單者為物體的熱膨脹。 利用物質熱膨脹、冷收縮的性質而製成用以量度溫度的儀表,稱為「溫度計」,例如水銀溫度計、酒精溫度計等。 常用的溫度標度如左上圖所示有以 0C 表示的「攝氏溫標 (Celsius Temperature Scale)」、 以 0F 表示的「華氏溫標 (Fahrenheit Temperature Scale)」 和「國際溫標 (international Temperature Scale)」等三種。

        溫度 有沒有最低的極限? 要瞭解這問題的重點所在,首先該確切知道「溫度究竟是什麼?」我們應如何地定義出「溫度」的意涵? 依據分子動力學的說法,萬物的分子組成, 不斷地在物體的內部進行著沒有規則性的 隨機運動 ,而溫度代表的正是系統中分子的總動能。當溫度逐漸降低時,分子的運動逐漸地停頓。 若分子全面靜止時,豈不是說溫度已降到最低的極限? 事實上,依據量子物理的觀點,任何粒子不可能完全停止運動,但它的動能也有最低的極限。 當系統內全部分子的動能都趨於這極限時,我們就說這系統的溫度趨近於「絕對零度 (Absolute Zero)」。 絕對零度等於攝氏 - 273.16 度。為了方便於計算,科學上普遍應用的絕對溫標 (Absolute Temperature Scale): 絕對溫度 (0K) = 攝氏溫度 (0C) + 273.16 度 。  

明日主題 : 紅外光太空望遠鏡攝影特展 (5):紅外光是種熱輻射產生的電磁波
天文史上的今天 : 1688 年 4 月 4 日,法國天文學家 Joseph-Nicolas Delisle (1688.4.4.-1768.) 出生。他於 1743 年 11 月 5 日以座標系統科學性地觀測 水星 凌日(transit of Mercury)。    
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                        蘇明俊 (樹德科技大學  休閒事業管理系)

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