A-level 物理 (進階物理)/熱量和能量
物質是由粒子組成的。這些粒子在不斷運動。當我們感受到某些物質時，我們感受到一種我們稱為“熱”的東西。這僅僅是我們對粒子運動速度的印象。粒子的平均速度越高，物體就越熱。
注意，“熱”和“溫度”之間存在技術差異。熱量是能量傳遞，也稱為功。溫度是物質的內能。我們感受到的是熱量，而不是溫度，因為如果能量沒有從物體轉移出來，我們就無法測量它。
如果我們有一些由靜止粒子組成的物質，那麼我們就無法使粒子變得更加靜止。這個概念毫無意義。當物質處於這種狀態時，它處於可能的最低溫度。我們稱這種溫度為 0°K。這對應於 -273.15 °C。如果溫度升高 1°K，則溫度升高 1 °C。這兩個刻度之間的唯一區別是 0 度的定義——在開爾文刻度中，0 為絕對零度。在攝氏刻度中，0 為水的冰點。在這兩個刻度中，1° 是水冰點和沸點之間溫差的百分之一。
溫度為 T 的某些物質由許多粒子組成。它們的運動本質上是隨機的——它們都在以不同的速度運動，因此它們都具有不同的動能。溫度與每個粒子的平均能量 E 之間存在以下近似關係
,
其中 k 是一個稱為玻爾茲曼常數的常數。k = 1.38 x 10−23JK−1。T 必須始終以開爾文為單位測量。
不同的物質在不同的溫度下發生狀態變化。換句話說，當每個粒子的平均能量達到一定水平時，物質就會發生狀態變化。情況變得複雜，因為為了改變狀態，需要額外的能量（或釋放能量）。當液態水達到沸點時，它將保持在沸點，直到全部變成水蒸氣，因為吸收的能量被用來改變狀態，而不是用來提高水的溫度。每個粒子改變狀態所需的平均能量可以透過使用上述公式來近似，其中 T 是物質改變狀態的溫度。
許多事物都具有活化能。例如，為了使化學反應開始，每個粒子的平均能量必須達到一定水平。然而，大多數情況下，化學反應在低於活化能的平均能量水平下開始。這是因為，由於粒子在隨機運動，總有可能某些粒子具有所需的活化能。如果反應是放熱的（這意味著它釋放熱量，提高每個粒子的平均能量），那麼，一旦發生一個反應，更多的粒子就會具有活化能，因此反應加速，直到所有反應物都被消耗掉。可以使用公式 E=kT 將活化能與物質的溫度聯絡起來。
1. 二氧化碳在 195°K 下昇華。這大約對應於每個粒子的多少能量？
2. 某種化學反應需要質量約為 10−26kg 的粒子以平均 10ms−1 的速度運動。這大約對應於多少溫度？
3. 水的沸點是 100 °C。這大約對應於每個粒子的多少能量？
4. 銅的熱電子發射需要大約 5eV 的每個粒子能量。在該能量水平下，金屬絲的溫度將是多少？