解读温度时间图

温度时间图显示在稳定供给或移走能量时，温度如何变化。倾斜段表示在同一状态内温度在变化。水平段表示状态发生改变：能量仍在传递，温度却不变。

热学题中关于熔化、沸腾和冷却的部分都会用到它，并且需要区分温度与热能中的想法。像速率与能量图解读器这样的工具，可以让你练习判断斜率代表什么。

图的每一部分说明什么？

**上升的斜线：**物质在获得能量，粒子运动加快，温度上升，状态不变。

**加热时的水平段：**物质正在熔化或沸腾。输入的能量用来克服粒子之间的键，粒子获得势能，而平均动能没有变化。

**下降的斜线：**物质向周围散失能量。

**冷却时的水平段：**物质正在凝结或凝固。形成键时会释放能量，与散失的能量相抵。

熔点或沸点就是水平段所在的温度。

例题

一块固体以稳定的 300 W 功率加热。下表是虚构的读数。

**(a) 熔点：**温度停在 80 °C，所以熔点是 80 °C。

**(b) 熔化用了多久：**从第 6 分钟到第 14 分钟保持水平，所以 14 − 6 = 8 min。

**(c) 熔化期间供给的能量：**8 min = 8 × 60 = 480 s。能量 = 功率 × 时间 = 300 × 480 = 144 000 J。这里假设所有功率都传到了样品上。

(d) 固态时的升温速率：(80 − 20) ÷ 6 = 10 °C/min。

**(e) 液态时的升温速率：**第 14 到第 26 分钟温度从 80 升到 140 °C，也就是 12 分钟升 60 °C，所以是 5 °C/min。

**(f) 比较：**在相同功率下，液体升温速率只有固体的一半，所以同样质量每升高一度需要两倍的能量，它的比热容（specific heat capacity）大约是固体的两倍。

需要提防的错误

错误答案：“第 6 到第 14 分钟温度不变，所以没有供给能量。”

加热器仍然以 300 W 工作。水平段告诉你的是：能量在做温度升高以外的事。

正确的写法是：能量用来打断粒子之间的键，所以温度保持不变。看到水平段，一定要联系到状态变化，以及仍在输入的能量。

自我检测

一种液体以稳定速率冷却。虚构读数：第 0 分钟 90 °C，第 6 分钟 60 °C，60 °C 一直保持到第 15 分钟，第 20 分钟为 40 °C。

1. 凝固点是多少？凝固用了多久？

2. 求凝固前液体的冷却速率。

3. 解释为什么凝固期间能量仍在流失，温度却保持不变。

接下来学什么

接着，根据给定结构解释隔热会用冷却数据比较不同设计，而每一段的能量计算会在热量计算中继续。其他课题的图表技能可以用图形模型与残差探索器练习。

有些学生能读出图上的每个点，却说不清粒子发生了什么。这个联系，正是我们的老师在线上一对一物理补习中帮你建立的。