溫度、熱和內能：你嘅學習指南！
喂喂！歡迎嚟到熱物理嘅奇妙世界。你有冇諗過點解金屬匙羹喺熱湯入面會咁快變熱，但陶瓷碗就唔會呢？又或者點解沙灘會熱到辣腳，但海水卻保持涼爽？呢個章節會有齊所有答案！
我哋會拆解溫度、熱同內能呢啲概念。唔使擔心呢啲詞語聽落好相似或者好混淆。睇完呢份筆記之後，你就會掌握到好似專家咁。呢啲概念超重要，因為佢哋解釋咗由溫度計點樣運作到地球氣候點樣被調節嘅一切。我哋開始啦！
第一節：乜嘢係溫度？
我哋成日都用到「溫度」呢個詞語。我哋會講天氣好熱或者飲品好凍。喺物理學入面，我哋需要一個更精確嘅概念嚟定義佢。
1.1 溫度作為「冷熱程度」
最簡單咁諗，溫度就係衡量一件物件有幾熱或幾冷。
- 一件高溫嘅物件摸落去會覺得熱。
- 一件低溫嘅物件摸落去會覺得凍。
要量度呢個，我哋會用溫度計，而最常用嘅單位就係攝氏度 (°C)。例如，水喺0°C結冰，喺100°C沸騰。
1.2 微觀角度：一切都係關於粒子嘅「郁動」！
要真正理解溫度，我哋需要將視野放大——放大好多——去到原子同分子嘅層面。我哋周圍嘅一切都係由微細粒子組成，佢哋不斷地運動、振動同郁動。
呢種運動嘅能量叫做動能 (K.E.)。
溫度係衡量物質內粒子*平均*動能嘅指標。
- 熱嘅物件：粒子郁動或振動得好快。佢哋有高嘅平均動能。
- 冷嘅物件：粒子郁動或振動得好慢。佢哋有低嘅平均動能。
比喻時間到！想像兩個地鐵站。喺A站，人們急步走動。喺B站，人們緩慢地步行。A站就似一個高溫嘅物件（平均動能高），而B站就似一個低溫嘅物件（平均動能低）。
1.3 溫度計點樣運作？
溫度計嘅運作原理係利用一種隨溫度變化嘅性質。呢個只係一個花俏嘅講法，意思係佢哋利用一種會隨住溫度有可預測變化嘅物理性質。
一個常見嘅例子係液體溫度計（好似舊式水銀溫度計咁）。
- 當你將溫度計放入熱液體中時，液體中嘅粒子會將能量傳遞畀溫度計內部嘅液體。
- 溫度計液體嘅粒子開始郁動得更快（佢哋嘅動能增加）。
- 當佢哋郁動得更快時，佢哋會將彼此推開更遠，導致液體膨脹並喺幼管中上升。
- 當你將佢放入冷液體中時，情況就相反：液體收縮並下降。
側面嘅刻度經過校準，令我哋可以讀取溫度。
第一節重點提要
溫度係衡量物件冷熱程度嘅指標。喺微觀層面，佢代表粒子嘅平均動能。我哋用攝氏度 (°C) 量度佢。
第二節：內能 (U) — 物體內部嘅總能量
呢個係最容易混淆嘅概念之一，但只要你拆解佢，就一啲都唔難。溫度話畀我哋知粒子嘅*平均*能量，而內能就係關於*總*能量。
一件物件嘅內能係佢所有粒子嘅動能同勢能嘅總和。
2.1 兩種內能
內能 (U) 有兩部分：
1. 總動能 (K.E.)： 呢個係所有粒子隨機運動（平移、轉動、振動）所產生嘅能量。佢同物件嘅溫度直接相關。
2. 總勢能 (P.E.)： 呢個係儲存喺粒子之間鍵結同力嘅能量。佢同物質狀態（固體、液體、氣體）有關。
- 喺固體中，粒子被強大嘅鍵結固定喺固定位置，所以佢哋嘅勢能較低。
- 喺氣體中，粒子距離好遠，幾乎冇鍵結，所以佢哋嘅勢能非常高。
- 液體則介乎兩者之間。
2.2 乜嘢影響內能？
物件嘅內能取決於三樣嘢：
- 溫度：如果你增加一件物件嘅溫度，佢嘅粒子會郁動得更快，所以佢哋嘅總動能會增加。呢個意味住佢嘅內能增加。
- 質量（或者粒子數量）：想像你有一小杯水同一大個泳池，兩者都係25°C。水分子嘅*平均*動能喺兩者中都係相同嘅。但泳池有多好多水分子，所以佢嘅*總*動能同*總*勢能會大好多。因此，泳池有更高嘅內能。
- 物質狀態：想像1公斤0°C嘅冰同1公斤0°C嘅水。佢哋溫度相同，所以佢哋嘅平均動能相同。但要將冰變成水，你必須添加能量嚟破壞鍵結。呢啲添加嘅能量以勢能嘅形式儲存喺水中。因此，水比冰有更高嘅內能。
常犯錯誤注意！
溫度唔等同內能！
煙花嘅一小點火花可以有非常高嘅溫度（幾千度！），但佢嘅內能好少，因為佢嘅粒子數量太少。一浴缸嘅暖水溫度較低，但佢包含大量粒子，所以佢嘅內能巨大。
第二節重點提要
內能 (U) 係物件所有粒子嘅總能量。佢係粒子動能（同溫度有關）同勢能（同物質狀態有關）嘅總和。佢取決於溫度、質量同物質狀態。
第三節：熱 (Q) — 流動中嘅能量
我哋有溫度（平均動能）同內能（總能量）。咁「熱」又喺邊度呢？
熱係一種能量，佢由較熱嘅物件傳遞到較冷嘅物件，因為佢哋嘅溫度差異。
3.1 熱傳遞嘅黃金法則
以熱形式傳遞嘅能量永遠由高溫區域流向低溫區域。佢永遠唔會自動逆向流動。
例子：如果你將一粒冰（0°C）放入一杯暖飲品（30°C），熱會由飲品流向冰粒，令到冰融化，飲品變涼。熱唔會由冰流向飲品。
3.2 熱與內能：比喻說明
等我哋一次過終極搞掂呢個最大嘅混淆。
- 內能係一個人銀行戶口*擁有*嘅錢。
- 熱係由一個戶口*轉移*到另一個戶口嘅錢。
你唔會「擁有」熱。物件係「擁有」內能。「熱」係能量喺傳遞過程中嘅名稱。一旦能量到達較冷嘅物件，佢就成為該物件內能嘅一部分。
你知唔知？
舊有嘅唔正確理論認為冷嘅物件包含「冷氣」。當你覺得「凍」嘅時候，唔係因為「冷」流入你身體。而係因為熱係由你身體*流出*到你觸摸嘅較冷物件！
第三節重點提要
熱 (Q) 唔係物件包含嘅嘢。佢係一種能量傳遞嘅過程，由較熱嘅物件傳到較冷嘅物件。呢個傳遞係由溫度差異引起嘅。
第四節：熱容量同比熱容量
如果你將金屬匙羹同木匙羹放喺太陽底下，金屬匙羹會熱好多。點解？佢哋都接收到相同嘅能量，但佢哋嘅反應唔同。呢個就係熱容量出場啦。
4.1 熱容量 (C) — 針對整件物件
一件物件嘅熱容量 (C) 係令到整件物件溫度升高1°C所需嘅能量。
大件物件自然會比同物料嘅細件物件需要更多能量嚟加熱。所以，熱容量取決於物料同質量。
公式係：
$$ C = \frac{Q}{\Delta T} $$
其中：
C = 熱容量（單位：焦耳每攝氏度，J °C⁻¹）
Q = 傳遞嘅熱能（單位：焦耳，J）
ΔT = 溫度變化（單位：°C）
4.2 比熱容量 (c) — 針對某種物質
呢個會實用好多，因為佢係物質本身嘅特性，無論佢嘅大小或形狀點樣。
一種物質嘅比熱容量 (c) 係令到1公斤物質嘅溫度升高1°C所需嘅能量。
連結一切嘅公式係：
$$ Q = mc\Delta T $$
其中：
Q = 傳遞嘅熱能（單位：焦耳，J）
m = 物質嘅質量（以公斤為單位，kg）
c = 比熱容量（單位：J kg⁻¹ °C⁻¹）
ΔT = 溫度變化（單位：°C），即係（末溫 - 初溫）
快速溫習：識分清楚！
熱容量 (C)：針對整件物件。單位：J °C⁻¹。（例如：呢個特定茶壺嘅熱容量）
比熱容量 (c)：針對1公斤嘅物質。單位：J kg⁻¹ °C⁻¹。（例如：水嘅比熱容量）
4.3 水：比熱容量嘅超級巨星
水嘅比熱容量非常高（大約 4200 J kg⁻¹ °C⁻¹）。金屬嘅比熱容量就非常低（例如：銅大約 390 J kg⁻¹ °C⁻¹）。
呢個意味住水需要好多能量先會熱，而冷卻時又會釋放好多能量。佢抵抗溫度嘅變化。呢個係超級重要㗎！
水擁有高「c」值嘅實際重要性：
- 氣候調節：海洋可以喺白天吸收大量太陽熱能而唔會變得太熱。佢哋然後喺夜晚慢慢釋放熱量，所以沿海地區嘅氣候會比內陸沙漠溫和。
- 汽車引擎冷卻劑：水喺汽車引擎周圍泵送，用嚟吸收大量熱量，防止引擎過熱，而水嘅溫度又唔會急劇升高。
- 熱水袋：熱水袋可以保暖好耐，因為水要釋放大量能量先會冷卻。
4.4 用 Q = mcΔT 解題
等我哋試下一個典型問題。唔好驚，跟住步驟做就得！
問題：將一塊2公斤嘅鋁塊由20°C升高到50°C，需要幾多熱能？（鋁嘅比熱容量係 900 J kg⁻¹ °C⁻¹）。
步驟1：列出已知（同埋未知）嘅數值。
- 質量 (m) = 2 kg
- 比熱容量 (c) = 900 J kg⁻¹ °C⁻¹
- 初溫 = 20°C
- 末溫 = 50°C
- 熱能 (Q) = ?
步驟2：搵出溫度變化 (ΔT)。
$$ \Delta T = T_{final} - T_{initial} = 50°C - 20°C = 30°C $$步驟3：寫出公式。
$$ Q = mc\Delta T $$步驟4：代入數字並計算。
$$ Q = (2)(900)(30) $$ $$ Q = 54000 \ J $$所以，你需要 54,000 焦耳嘅能量。好容易啫！
常犯錯誤注意！
用公式之前，一定要確保質量單位係公斤 (kg)！如果題目比你嘅質量係克 (g)，首先要除以1000。
第四節重點提要
比熱容量 (c) 係衡量1公斤物質嘅溫度升高1°C所需幾多能量。關鍵公式係 Q = mcΔT。水擁有非常高嘅「c」值，令佢用嚟冷卻物件同保持溫暖都好出色。