Return to Video

引擎蓋下 : 汽車中的化學概念 - 辛西婭．查巴克

  • 0:08 - 0:12
    世界上有超過十億輛汽車
  • 0:12 - 0:13
    將人們送到需要到達的地方
  • 0:13 - 0:16
    但汽車自並不只是一種交通工具
  • 0:16 - 0:19
    也是一門等著大家去探究的化學課
  • 0:19 - 0:22
    啟動汽車的流程始於發動機汽缸
  • 0:22 - 0:25
    自噴油器先噴出少量汽油
  • 0:25 - 0:27
    加上一點來自進氣閥的空氣
  • 0:27 - 0:30
    兩者均勻混合後再以火花點燃
  • 0:30 - 0:33
    燃燒產生的氣體會膨脹，進而推動活塞
  • 0:33 - 0:37
    但燃燒是一種釋出能量的放熱反應
  • 0:37 - 0:39
    生成很多的能量
  • 0:39 - 0:41
    所以縱使很多熱能從排氣管釋出
  • 0:41 - 0:46
    還有許多停留在引擎內的熱能
    需要被吸收、傳遞和消散
  • 0:46 - 0:50
    如此才不會使金屬零件變形、甚至熔化
  • 0:50 - 0:52
    這就是冷卻系統的作用
  • 0:52 - 0:54
    我們需要液體繞著引擎循環流動吸熱
  • 0:54 - 0:57
    但是哪種液體能吸收這麼大量的熱能?
  • 0:57 - 0:59
    水似乎很是首選
  • 0:59 - 1:01
    畢竟它的比熱
  • 1:01 - 1:04
    也就是溫度提升1℃
  • 1:04 - 1:06
    所需的能量
  • 1:06 - 1:08
    比其他相似的物質都還多
  • 1:08 - 1:11
    而我們有很大量的熱能需要被吸收
  • 1:11 - 1:13
    但是如果用水，會帶來很大的麻煩
  • 1:13 - 1:17
    例如它的凝固點是0℃
  • 1:17 - 1:19
    我們知道水結冰時體積會膨脹
  • 1:19 - 1:23
    在寒冷的冬天夜晚，結冰可能
    就會導致散熱器破裂或引擎缸體受損
  • 1:23 - 1:25
    真是令人不寒而慄！
  • 1:25 - 1:27
    再者，因為汽車引擎溫度很高
  • 1:27 - 1:30
    水100℃的沸點就相對太低了
  • 1:30 - 1:33
    會導致水動輒沸騰
  • 1:33 - 1:36
    所以說，我們需要一種溶液取代水
  • 1:36 - 1:40
    那是一種含有溶質和溶劑的均勻溶液
  • 1:40 - 1:44
    有些溶液的性能會隨著
    溶質的比例而改變
  • 1:44 - 1:48
    這叫做「依數性質」，而幸運的是
  • 1:48 - 1:51
    它可以降低凝固點並提升沸點
  • 1:51 - 1:57
    所以，溶液有比純溶劑(水)
    還低的凝固點及較高的沸點
  • 1:57 - 2:00
    濃度愈高，差別就越大
  • 2:00 - 2:02
    為何這些性質會改變呢?
  • 2:02 - 2:05
    首先，我們需要知道溫度取決於
  • 2:05 - 2:08
    粒子的平均動能
  • 2:08 - 2:10
    液體溫度越低，所含的能量就越少
  • 2:10 - 2:12
    分子的運動速度也越慢
  • 2:12 - 2:15
    當液體分子運動速度慢到一定程度時，就會凝固
  • 2:15 - 2:17
    慢到讓它們受到彼此引力的牽引
  • 2:17 - 2:20
    進而形成規則的結晶構造
  • 2:20 - 2:24
    但溶質分子會阻礙這些作用
  • 2:24 - 2:28
    所以我們需要一種在
    結晶前就能被冷卻的溶液
  • 2:28 - 2:31
    至於沸點，當液體沸騰時
  • 2:31 - 2:33
    它會產生充滿蒸氣的氣泡
  • 2:33 - 2:37
    但要生成氣泡，液體的蒸氣壓需要
  • 2:37 - 2:40
    大到與當時液面的大氣壓力相同
  • 2:40 - 2:43
    當液體升溫時，蒸氣壓會上升
  • 2:43 - 2:46
    當升至與大氣壓力相等時
  • 2:46 - 2:48
    就會形成氣泡，即是沸騰
  • 2:48 - 2:51
    溶液的蒸氣壓比未加溶質的純溶劑低
  • 2:51 - 2:54
    所以須被加熱到高於原沸點的溫度
  • 2:54 - 2:57
    蒸氣壓才能與大氣壓力一樣大
  • 2:57 - 2:59
    另一項有利的因素是在散熱器中的壓力
  • 2:59 - 3:01
    會保持高於大氣壓力
  • 3:01 - 3:05
    這可將沸點再提升25℃
  • 3:05 - 3:08
    汽車冷卻系統中常用的溶液
  • 3:08 - 3:11
    是乙二醇和水1比1比例的混合溶液
  • 3:11 - 3:15
    它的凝固點是零下37℃，沸點為106℃
  • 3:15 - 3:18
    然而， 最佳比例是7比3
  • 3:21 - 3:25
    凝固點甚至低至零下55℃
  • 3:25 - 3:29
    沸點則高達113℃
  • 3:29 - 3:32
    由此可知，水中加入越多乙二醇，
  • 3:32 - 3:35
    就越能保護汽車，那為何不
    多多益善呢?
  • 3:35 - 3:37
    原因是會「太補」了！
  • 3:37 - 3:39
    因為在很高濃度時，
  • 3:40 - 3:42
    凝固點可能反而會上升
  • 3:42 - 3:45
    此特性和乙二醇的性質有關
  • 3:45 - 3:48
    乙二醇在零下12.9℃時凝固
  • 3:48 - 3:51
    比最佳比例的溶液還高
  • 3:51 - 3:55
    溶液流經引擎，一路上持續吸收熱能
  • 3:55 - 3:58
    到達散熱器時，會被風扇
  • 3:58 - 4:00
    及吹入引擎室的空氣冷卻
  • 4:00 - 4:03
    之後再流經引擎
  • 4:03 - 4:05
    所以一種高效率且安全的引擎冷卻液
  • 4:05 - 4:09
    必須具有高比熱、
    低凝固點及高沸點的特性
  • 4:09 - 4:13
    但除了遍地尋找可以
    解決問題的完美液體外
  • 4:13 - 4:17
    我們還可以自己製造
Title:
引擎蓋下 : 汽車中的化學概念 - 辛西婭．查巴克
Description:

觀看完整的課程 : http://ed.ted.com/lessons/under-the-hood-the-chemistry-of-cars-cynthia-chubbuck
全世界現在就有超過十億輛汽車，運載人們從 A 到 B。但是汽車不只是交通的模式，它也是一堂很好的化學課。辛西婭．查巴克導覽著那些在汽車引擎中的複雜化學過程，讓我們的引擎不會太熱或太冷。
由辛西婭．查巴克授課，由 FOX 動畫主導高畫質動畫。
more » « less
Video Language:
English
Team:
closed TED
Project:
TED-Ed
Duration:
04:34

Chinese, Traditional subtitles

Revisions

Our website uses cookies for analysis purposes.