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Take Home Message
• 熱力學第零定律：當兩物體分別與第三個物體達到熱平衡時，此兩物體亦達到熱平衡。
• 根據能量守恆，熱力學第一定律說明系統中能量的變化，等於輸入系統的能量減掉系統輸出的能量。
• 熱力學第二定律描述的現象之一：在沒有其他外力介入的條件下，熱在物質中會從高溫區傳向低溫區。
• 熱的傳遞機制可分為「熱傳導」、「熱對流」、「熱輻射」。熱傳導描述熱能量透過原子或分子間的交互作用進行傳遞；熱對流描述熱能量經由流體運動的傳遞；熱輻射則是熱能量以電磁波形式在空間中傳遞的現象。

「熱」是人類最早發現及感知到的能量形式，也是長期以來支持人類文明發展與生活最主要的動力來源。從冬天曬太陽的「野人獻曝」，學會使用及控制「火」，到蒸汽機的發明與改良，皆是「熱」這種能量的收集、轉換、運用。事實上，我們每天飲食所需的烹飪，也都是靠著「熱」將原始生冷或不可直接食用的食材，處理成美味的料理或點心。如果要成為一位頂尖大廚，更需要對料理時的「火候」有非常精確的掌控能力，才能調理出色香味俱全的料理。即使只是想要自得其樂，烹調具有個人特色的美味餐點，也需要對火候控制得宜，否則會造成食物沒能煮熟入味或燒焦黏鍋。

溫度是熱能量的評判標準

那麼，要如何控制「火候」呢？實際上就是在料理食材的過程中，掌握對於「熱」或「溫度」的調整及控制。當我們用手嘗試碰觸兩個物件，如果其中一個的溫度比較高，就是在形容這個東西感覺比較熱；而另外一個感覺比較冷的物件，我們則會推論它的溫度應該比較低。然而，這個透過感覺所得到的溫度高低，並不一定正確。各位可以做個小實驗：在一個房間裡放兩張大小及形狀都類似的金屬椅和木頭椅。靜待一段時間後，依序用手碰觸兩張椅子，此時通常會覺得金屬椅子比較冷，木頭椅子比較不冷，也就是說會覺得金屬椅的溫度比較低。

然而，兩張椅子的溫度其實是一樣的，而且都與室溫相同。因為兩張椅子已在房間裡靜置了足夠長的時間，和房間裡的空氣溫度達到熱平衡；這就是熱力學（thermodynamics）第零定律：當兩個物體分別與第三個物體達到熱平衡時，這兩個物體也達到熱平衡。

我們感覺金屬椅比較冷，是由於金屬的導熱能力通常比木頭好，所以會將熱從手上較快速地移出。但如果我們使用標準的溫度計量測兩張椅子的溫度，將得到同樣的溫度數值，前提是溫度計在達到與被量測物體熱平衡的過程中，對於待測物的溫度不會造成明顯的影響。既然兩個物體達到熱平衡時的溫度相同，而且越熱的物體溫度讀值越高，那麼溫度應該就是代表物體熱能量狀態的一個共同指標。事實上的確如此，「溫度」或「溫標」概念及度量建立的目的，就是為了在分析與熱相關的物理問題時，能夠對於「熱」能量的高低，有一個嚴謹且共同的評判及描述標準。

烤地瓜的熱能變化看熱力學第一定律

讓我們回到火候的問題。相信大家都有親自或看過烤地瓜的經驗。前面提到，溫度是熱能量的一種指標，必須給予能量才能將烤箱及地瓜的溫度提高。……【更多內容請閱讀科學月刊第626期】