白天的沙灘燙腳,但是夜晚沙灘卻格外涼爽。 (攝影- scotty - 墾丁)
國中二年級理化的第五章,討論的是"熱學"的單元。最近收到學生的來信,詢問如何解釋"黑色物體的吸熱快與放熱快"的問題。滿有趣的,在此提出個人的解釋方式,或許非完整,若有更好的解答也歡迎討論。而對學生與教學來說,我認為能夠深思內容並提出疑問,比起直接的接收來的更加重要,孩子你很棒!
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老師:
為什麼黑色的物體易吸熱又易放熱?
我知道吸熱可以用光被黑色物體吸收來解釋,但放熱呢?
子儀
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dear子儀:
這問題我也曾經想過,後來看過一些書之後,還是無法歸納一個最認同的答案而作罷。當你提了這問題,我又花些時間把書找出來看看,最近為了寒假的三鐵遊花蓮活動也是耗了許多心力,直到現在腦袋整理了一下,才回信給你。
吸熱快散熱快的解釋方式滿多元性的。我自己比較能夠接受的方式是:其實"黑色的物體易吸熱又易放熱"這問題是由兩件事夠成的。
第一:物體吸熱與放熱的快慢與物體的比熱有關。
第二:相同物體與環境在不同溫差下,熱傳遞的速度的快慢也有差異。
你可以實驗一下,同為黑色的不同物質,是否溫度上升的快慢是否相同?來推論,溫度上升的快慢與物質的比熱是否存在重要的關聯性。
再來,思考一個問題,不同顏色的相同物質在環境中達到熱平衡時,溫度是否相同?關於"熱平衡"的定義是指整個環境的溫度盡量達到相同。若你能接受此前提,那麼我直接進行一個實驗情境的思考:
假設:兩件相同材質的衣服,有黑白兩色時,在室溫攝氏25度,相同置於陽光下三十分鐘,根據所學,了解黑色因為與光的吸收較為容易,所以衣服的溫度:黑色可能上升至35度C,白色可能上升至30度C;再置於陰影處,以相同環境下,溫差不同時,熱傳遞的快慢與溫差有關,黑色衣服便會在短時間內放出較多的熱,降至低溫,而白色衣服則因溫差較小,熱傳遞速度較慢。
但注意一點,不論黑或白色,在達到熱平衡(室溫25度C)時,衣服與環境的熱傳遞便達到動態平衡(環境進入衣服與衣服進入環境的熱能一樣多),這時黑與白色衣服的溫度是一致的。
或許也可以透過實驗來證明:"快慢"是否真的存在?黑色由35度C降至25度C的時間快?還是白色由30度C降至25度C時間快?我想這是需要透過時間使用工具測量的結果,也可能黑色由35度C降至28度C快,然後就慢下來了,最終兩者還是由白色獲勝(畢竟在陽光下儲存的熱能較少)也不一定。哈!
這半年來收到幾封你的來信,我都滿開心的。也覺得問題很有趣,很值得思考,很棒。但我認為也該開始給你一些"工作"了。
下次來信提問時,可以加入一些你個人對於這問題的想法,也可以假想一個實驗進行解釋(不一定要進行,更可以想想可能的方法,天馬行空也可)。我想,對你會是不錯的訓練。
加油!歡迎繼續來信。關於今天的回覆你也可以思考是否能解決你的疑惑。
敬祝 一切順心 佳節愉快
林毅 上
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後記:
1. 關於科學的領域就我所知來對學生做解釋,或許不夠完整,更盼先學後進指教。
2. 更歡迎有問題的朋友來信,一同思考科學問題。
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