描述熱傳遞（heat transfer）之物理量為下列何者？

本題考點

熱如何被「量化描述」,考溫度、熱通量、熱釋放率、熱焓四個物理量的定義分辨。

正解理由

熱傳遞是熱能穿過某一界面移動的過程,要描述它必須同時講清楚「多少能量、通過多大面積、經過多久」。熱通量(heat flux)的定義正是單位時間內通過單位面積的熱能,單位為 kW/m²,能把傳導、對流、輻射三種途徑的強度用同一把尺量化;火災學判斷可燃物是否被引燃、消防人員可承受的輻射曝露上限,也都以熱通量表示,故選 B。

逐項排除

1. (A)

   溫度是分子平均動能的指標,屬狀態量,只說明物體此刻多熱,不含面積與時間,無法表達熱移動的快慢。

2. (B)

   熱通量兼具方向與強度,單位 kW/m² 直接對應「每秒每平方公尺」的熱能傳遞率,是描述熱傳遞的標準物理量,為正解。

3. (C)

   熱釋放率描述燃燒中的可燃物每秒放出多少能量,單位為 kW,量的是火源本身的規模,屬於熱能的「產生」而非「傳遞」。

4. (D)

   熱焓為內能加上壓力與體積乘積的熱力學狀態函數,單位 kJ/kg,用於計算反應熱與相變熱,同樣不含傳遞面積與時間。

記憶點

熱通量之所以是火災學的核心物理量,關鍵在於三種熱傳途徑最後都能化成同一單位互相比較。傳導依傅立葉定律 q" = k(dT/dx),k 為熱傳導係數(W/m·K),材料越導熱、溫度梯度越陡,熱通量越大;對流依牛頓冷卻定律 q" = h(Ts − T∞),h 為對流熱傳遞係數,火場天花板噴流與煙層流動即屬此類;輻射依史蒂芬-波茲曼定律 q" = εσT⁴,σ = 5.67×10⁻⁸ W/m²·K⁴,四次方關係使火焰溫度稍微上升,輻射熱通量便急遽放大,這正是閃燃前輻射主導的原因。三者算出來都是 kW/m²,可以直接相加比較,溫度與熱焓做不到這件事。

數值對照可以整組記:一般可燃物長時間承受 10 kW/m² 以上即可能起火,木材引燃的臨界熱通量約 12 kW/m²,閃燃常以地板面約 20 kW/m² 為判定門檻,人體皮膚在 2.5 kW/m² 下數十秒即感疼痛。口訣是「地板 20、木材 12、皮膚 2.5」。

易混淆對照:熱釋放率是火源尺度,以質量燃燒速率乘上燃燒熱估算;熱通量是接收端每平方公尺承受的強度。同一支火焰無論站遠站近,熱釋放率不變,接收到的熱通量卻大致隨距離平方反比衰減——這個差別是選擇題最常設計的誘答點。熱焓與比熱則用於計算把物質加熱到某溫度所需的能量,是評估冷卻滅火效果的基礎。

延伸考點:同一組定義常改考單位對應(kW/m²、kW、kJ/kg、K 各屬哪個量),或問火場初期以何種熱傳為主(對流與傳導)、閃燃後以何者為主(輻射)。