Transfer processes: conduction, convection, radiation：練習問題

在流體（液體或氣體）中，熱能透過物質本身的集體流動來傳遞。這種熱傳遞方式稱為：

兩根長度和橫截面積完全相同的金屬棒 X 和 Y。已知 X 的熱傳導率（thermal conductivity）是 Y 的兩倍。若兩根棒的兩端分別維持相同的溫差，則通過 X 的熱傳導速率是通過 Y 的多少倍？

在設計保溫瓶時，將內壁鍍成銀色亮面主要是為了減少哪一種熱能傳移方式？

在建築設計中，為了減少通過牆壁的熱傳遞速率，下列哪種做法最有效利用了傳導、對流、輻射的物理原理？

在加熱水的過程中，底部的熱水受熱膨脹，密度下降並上升，而上層較冷的重水則下降填補空間，形成循環。這種熱傳遞方式稱為：

為什麼太陽能熱水器的集熱板通常會塗成黑色？

一個金屬湯匙被放入一碗熱湯中。

(a) 請解釋熱能如何沿著金屬湯匙傳遞。 (2分)

(b) 如果你想避免燙手，解釋為何使用木湯匙會是較佳的選擇。 (1分)

平板型太陽能熱水器是一種常見的利用太陽能加熱水的裝置。其核心是一個集熱器，通常由一個黑色吸熱板、內部水管、玻璃蓋板和絕緣層組成。

(a) 解釋太陽能如何從外部環境傳遞至集熱器內部的水中，並指出在這一過程中涉及的三種主要熱傳遞方式。(3分)

(b) 描述平板型太陽能集熱器中，玻璃蓋板如何有效減少熱能從吸熱板損失到周圍環境，並解釋其物理原理。(2分)

(c) 假設集熱器外表玻璃蓋板的平均表面溫度為 $$40^\text{C}$$，其表面積為 $$2.0 \text{ m}^2$$，發射率為 $$0.9$$。計算該玻璃蓋板每秒發射的輻射熱能速率。（史提芬-波茲曼常數 $$\sigma = 5.67 \times 10^{-8} \text{ W m}^{-2} \text{ K}^{-4}$$）(2分)