文／簡麗賢　

一戶人家邀親友到家裡品茶論茗，敘舊聊新，竟發生落地窗玻璃整片爆裂。記者報導當時嚴寒冬天，門窗緊閉，屋內溫度高，屋外溫度低，熱量從高溫傳導至低溫，這片落地窗玻璃製造時結構可能不均勻，造成玻璃熱傳導不一，才出現驚險爆裂畫面。還有酷暑極端高溫導致火車因鐵軌熱膨脹造成出軌事故。

上述新聞報導與分析，涉及熱與溫度的科學概念，談的是熱傳播和熱膨脹，事實上生活處處是熱傳播和熱膨脹的現象。熱與溫度是我們日常生活朗朗上口耳熟能詳的名詞，也知道冷熱不同的物體互相接觸，熱的會變冷，冷的會變熱，依據物理學定義，接觸一段時間後，冷熱程度一致，達成熱平衡，在熱平衡狀態的物體，具有相同的溫度；冷、熱不同的物體接觸時，熱由高溫流向低溫，當兩物體溫度相等時，達成熱平衡。

傳播比熱  質量無關

冷熱能夠產生明顯反應的材料，皆適合做為溫度計。例如，水銀受熱容易膨脹，可以做成水銀溫度計；鉑的電阻容易受溫度影響，適合做成電阻溫度計。透過溫度計量測物體或環境的溫度，提供我們判斷物體內部細微的狀況，例如身體或環境的狀況變化，更符合科學依據。

對於不同材質而言，例如金、銀、銅、鐵、鋁、水、木頭、玻璃等材質，專有名詞「比熱」是物質的基本特性之一，只與物體的材質有關，而與質量無關。然而，對材質相同但質量不同的兩物體而言，要產生相同的溫度差異，需要的熱與其質量有關。

有一種高分子凝膠，比熱高於水很多，很適合做成冰袋。由於它的比熱很大，要改變它的溫度需要大量的熱流進或流出。因此要讓這種冰袋在冰箱裡結凍，需要花費較長的時間。相對的概念，將這種結凍後的冰袋放在野餐桶裡，可提供比

冰塊更持久的效果，讓桶裡的

飲料一整天都能保持冰涼。

受熱膨脹  溫度正比

一般的物質，不論是固態、液態或氣態，受熱後體積會膨脹，溫度降低則收縮，這是我們朗朗上口的「熱脹冷縮」。然而，也有特殊案例，水結成冰之後，在某一種情況，體積反而膨脹，質量不變的情況，密度卻降低，因此冰塊浮在水面上。以下來討論一下金屬條受熱後，長度將如何改變。

金屬鐵條的長度會因溫度升高時略微增長。依據實驗分析，長度的變化量隨溫度增加量而變大；此外，原來的鐵條長度愈長，長度改變量也愈多。同樣升高溫度1℃，原來長度2公尺的鐵條的伸長量是原長1公尺的兩倍。因此鐵條長度的變化量，除了與溫度變化量成正比外，還與鐵條原來的長度成正比，這好比在銀行的存款利息和本金及利率有關，本金愈多，定期存款的利息愈多；利率愈高，利息也愈多。

討論物質的熱膨脹程度，就來介紹專有名詞「膨脹係數」吧，根據金屬的線膨脹係數，可估算火車的鋼軌，若在10℃時為30公尺長，那鋼軌溫度為80℃時伸長約2公分。鋼軌之間若沒預留足夠空隙，在炎炎夏日高溫酷熱的環境下，就易造成軌道擠壓變形的危機。一般的橋梁結構會預留接縫，就是為了避免大熱天時因熱脹造成變形。