焦耳實驗：熱功當量
一開始別人不相信他做得出來。使用超大溫度計（為獲精密讀取值）、成功關鍵是維持溫差小，一直持續做，（請注意上圖只是示意圖，真正的裝置相當精密，在倫敦的科學博物館）另有一個有名的持續不斷做的實驗是 "邁可森–莫利" 兩人量光速之以太效應的實驗。
作業：焦耳實驗的歷史回顧
熱就是能量
熱與熱力學第一定律
熱的定義
熱是當系統與環境溫度不同時所移動的能量
熱的機械等效應
焦耳實驗：熱功當量
一開始別人不相信他做得出來。使用超大溫度計（為獲精密讀取值）、成功關鍵是維持溫差小，一直持續做，（請注意上圖只是示意圖，真正的裝置相當精密，在倫敦的科學博物館）另有一個有名的持續不斷做的實驗是 "邁可森–莫利" 兩人量光速之以太效應的實驗。
作業：焦耳實驗的歷史回顧
熱就是能量
熱與功交換的範例
以汽缸中的氣體為例，這個系統的重要物理量是壓力與體積，（當然溫度是另一個重要的量）。
溫度、壓力與體積，都是熱力學中的 "狀態函數"，所謂的狀態函數，可以描述一個系統比較本質性的特徵。
從 (p1,V1, T1) 到 (p2, V2, T2) ，一路上的變化都要是平衡的過程，叫做熱力學過程
上圖外力移除後，作功是
dW = F ds = (pA) ds = p (A ds) = p dV
認識 p V 圖
由某個初始狀態 (pi, Vi) 至某個末狀態 (pf, Vf)，可以有不同的路徑達到， 圖線下的面積是作功。見圖
一組狀態函數可以描述一個系統的狀態，而能把狀態函數標定出會的圖，對於系統的能量變化與轉換將是很有用的。
第一定律
令人驚訝的是，Q - W 只與系統的狀態有關，而與過程的路徑無關。因此它是一個只與系統內在本性有關的（能）量，也這是前面所講到的狀態函數，我們把它叫做內能。
熱力學第一定律：內能變化就只是系統獲得的熱減去對外作功
ΔEint = Q - W
dEint = dQ - dW
例 18.2 舉重
例 18.3 卡車煞車滑行停止
補充知識：第一定律的公式也常被寫為
δQ = dEint + dW 或 δQ == dEint + p dV
δQ 的符號是為了表示出熱這個量我們是可以任意外加的，而其他量 Eint、P、V 則是屬於系統的。雖同為微小量，d f 必需滿足某種特定的函數行為，而δg 則不必。
幾種特殊的過程
絕熱（無熱交換）
Q = 0，即 ΔEint = - W
定容（不作功）
W = 0， 即 ΔEint = Q
循環
ΔEint = 0， 即 Q = W
自由膨脹（既無熱交換也不作功）
Q = W= 0， ΔEint = 0
恆壓
dEint = dQ - p dV
恆溫
下一章深入探討，pV 圖呈雙曲線
比熱
熱容量 (Heat Capacity)
物體升高一度所需之熱量
Q = C ΔT = C (Tf - Ti)
石頭鍋要加熱很久才升溫，故不適合炒菜用，但石鍋一旦熱好可儲熱很久。（例：storage heater、岩燒牛排）
比熱 (Specific Heat)
單位質量的熱容
莫耳比熱
每莫耳的熱容
定容比熱 Cv 與 定壓比熱 Cp 的不同
即便只改變一度，系統也有可能對外作功。以氣體而言，固定體積下升溫一度與固定壓力下升溫一度所需之熱量可以有不小的差距。
潛熱與相變
熱能傳遞的方式
冷卻
牛頓冷卻定律
冷卻體之冷卻速率與『該物溫度及室溫之溫差』成正比
http://boson4.phys.tku.edu.tw/high_school/unit_coffee_cooling_problem.htm
http://episte.math.ntu.edu.tw/applications/ap_cooling/index.html
結論：溫差越大冷得越快
傳熱
傳導
因為原子振動是可以透過接觸在物質間傳遞，熱能也就靠這樣傳導。
Pcond = Q / t = k A (TH-TC) / L
其中 k 是導熱係數，Pcond 是單位時間傳遞的熱量，又叫熱傳導率（因為單位因次是 能量 / 時間，故用與功率相同的符號。
例題 SB 18.2：室內暖氣花費（註：課文中之仟瓦–小時即是國內電費計價單位的 "度"）
對於須要重返大氣層的宇宙飛行器，隔熱是一個大問題。機身主體為鋁製，不能承受高於 180 度 C 太多的溫度。機鼻與翼前沿覆蓋強化碳以耐高溫，其下再墊絕熱片，內含百分之十矽酸鹽纖維，剩下的百分之九十是空隙。它導熱很差，加熱到一千多度後還是可以直接用手拿。（想想赤腳過火的儀式，也是一樣的道理）
對流
發生在流體中，對於熱源在下，受重力影響的系統此尤其明顯，因為熱的區塊會膨脹，因此比重小而上浮，反之較冷處收縮比重大而下沈，如此循環。火焰在無重力時範圍較小且不拉高（見圖 18.19）。
（小範圍的對流也會因所謂的擴散效應而發生）
氣流與洋流也在全球尺度對流，而有龐大的能量交換。（洋流形成的原因是什麼？）
例題：SP 18.3 墨西哥灣流攜帶的能量，並與來自太陽的能量作比較。
幅射
幅射是電磁波（光子）及其他粒子的直接放射（不必透過媒介）
太陽的能量，就是以幅射的方式送達到地面
不是太陽的東西，也能發出幅射嗎？除了本身會發光或放射性的東西外，有溫度的東西也可以。
熱幅射
史第凡－波玆曼定律
幅射功率與溫度的四次方呈正比，與表面積的一次方也呈正比。下式中σ是常數， ε則是取決於發射體的係數介於 0 到 1 之間（黑體 ε 值是 1）。
Prad = σ ε A T4
Pabs= σ ε A Tenv4
物體由環境吸收能量的同時，也幅射能量列環境，因此能量交換率如下：
Pnet = σ ε A (T4 - Tenv4)
十斑甲蟲知道遠處發生大火、死響尾蛇會攻擊伸向它的手，都是因為這些生物所具有的熱幅射感應器官。
天文學觀察到的 2.7K 宇宙背景幅射，預測了大霹靂事件。
全球暖化
不同物質對各種波長電磁波的穿透吸收情形不同。
特定種類的某些分子 CO2、H2O 會吸收原本也面要反射回到太空中的紅外光，而使地球變暖，如同玻璃對溫室的作用一般。
電腦產生的熱
功率消耗桌機 100 到 150 W 、筆電 25 到 70 W。而大型電腦上萬個 CPU 並不罕見，這些用電大部分變成熱。因此大型電腦不但耗電驚人，其冷卻的費用也是非常昂貴的。
