電熱器加熱實驗
溫度 (°C)時間 (min)
狀態: 待機 | 時間: 0.0 min | 溫度: 0 °C
題目:
(b) 樂臻以電熱器加熱 2 kg 的水，3 分鐘內水溫由 25°C 上升至 50°C (綠線)。估算電熱器的功率。
(c) 他用同一電熱器把 2 kg 溫度為 0°C 的冰加熱，直至變為 50°C 的水 (紅線)。(i) 冰完全熔化需時多久？ (ii) 繪畫其加熱曲線。
計算過程:
(b) 計算電熱器功率 (P)
能量 E = mcΔT = 2 × 4200 × (50-25) = 210000 J
功率 P = E / t = 210000 / (3 × 60) ≈ 1167 W
(c)(i) 計算熔化時間 (t)
熔解所需能量 E = mL = 2 × 3.34×10⁵ = 668000 J
時間 t = E / P = 668000 / 1167 ≈ 572.4 s
t ≈ 572.4 / 60 ≈ 9.54 分鐘
(c)(ii) 加熱曲線
圖表顯示了兩個階段：
1. 0 - 9.54 min: 冰熔化，溫度維持 0°C。
2. 9.54 min 後: 水溫上升。
(a) 內能、動能與勢能的關係
🔥
核心概念重溫:
• **平均動能** 反映物質的 **溫度**。
• **平均勢能** 反映分子的 **間距** (即物態)。
本次實驗解釋:
- 沸騰時，水溫和物態 (液態) 不變，因此分子的**平均動能**和**平均勢能**保持恆定。
- 水不斷汽化，使鍋內**分子總數**下降。
- 因為
總能量 = 平均能量 × 分子總數，所以鍋內水的**總內能**會隨之下降。
鍋內水的能量狀態:
平均值 (對單一水分子而言)
平均動能
平均勢能
平均內能
總量 (對鍋內所有水分子而言)
分子總數1000
總動能
總勢能
總內能
(b) 為何蓋上鑊蓋能縮短蒸魚時間？
沒有蓋上鑊蓋
🔥
魚
烹飪進度
蓋上鑊蓋
🔥
魚
烹飪進度
解釋:
水蒸氣凝結時會放出大量「汽化潛熱」來煮熟食物。蓋上蓋子能防止水蒸氣流失，並使其在蓋子和魚之間循環，大大增加水蒸氣接觸及凝結在魚身上的機會，從而提高熱能傳遞效率，縮短烹飪時間。
(c) 為何鑊蓋不影響煮蛋時間？
沒有蓋上鑊蓋
🌡️ 100°C
🔥
蛋
烹飪進度
蓋上鑊蓋
🌡️ 100°C
🔥
蛋
烹飪進度
解釋:
雞蛋是透過與沸水直接接觸來傳熱煮熟的。水的沸點是固定的 (100°C)。無論是否蓋上蓋子，只要水在沸騰，其溫度就是 100°C 恆定不變。因此，從水傳遞給雞蛋的熱量效率基本相同，煮熟所需的時間也沒有顯著差異。