下列物質在常溫時，何者的熱傳導係數（W/m∙K）較低？

本題考點

常見物質熱傳導係數的相對大小,考的是固體、液體、氣體導熱能力的排序。

正解理由

熱傳導係數代表物質以分子振動或自由電子傳遞熱能的能力,其大小主要取決於粒子排列的緊密程度:金屬最高,一般固體次之,液體再次,氣體最低。常溫下的近似值為玻璃約 0.8～1.0 W/m·K、水約 0.6 W/m·K、木材約 0.1～0.2 W/m·K、空氣則僅約 0.026 W/m·K。空氣分子間距大、碰撞傳能效率低,數值比木材還低約一個數量級,為四者中最低,故選 D。

逐項排除

1. (A)

   玻璃:雖屬非結晶固體,原子排列仍相當緊密,約 0.8～1.0 W/m·K,是四個選項中最高者。

2. (B)

   水:液體分子間距遠小於氣體,約 0.6 W/m·K,導熱能力約為空氣的二十倍以上。

3. (C)

   木材:多孔性有機材料,約 0.1～0.2 W/m·K,雖屬良好隔熱材,仍高於空氣數倍。

4. (D)

   空氣:氣體,約 0.026 W/m·K,四者最低,正確。

記憶點

熱傳導的基本式為傅立葉定律 q" = −k·(dT/dx),k 即熱傳導係數,單位 W/m·K,負號表示熱由高溫流向低溫。火災學真正在意的其實不只是 k,而是三個物性的乘積 kρc,稱為熱慣性(thermal inertia),ρ 為密度、c 為比熱。材料受熱後表面升溫的速度與熱慣性成反比,引燃時間近似 t_ig ∝ kρc(T_ig − T₀)² / (q")²。這說明為什麼密度低、孔隙多的材料(泡棉、木屑板、窗簾布)一遇火源表面立刻竄升到引燃溫度,而混凝土、金屬即使 k 值高也難以被點燃——熱被迅速導入內部,表面溫度上不來。

空氣 k 值極低,是絕大多數隔熱材料的核心原理:玻璃棉、岩棉、聚氨酯發泡都不是靠固體本身隔熱,而是把空氣切割成無數封閉小孔,使其無法對流。但這也有極限,當空氣層厚度超過一定範圍,層內產生自然對流,等效導熱反而上升,隔熱效果不增反減。

常見的延伸比較還有:金屬(銅約 400、鋼約 50 W/m·K)遠高於本題各選項,是熱傳導引起延燒的典型路徑,鋼梁貫穿防護區劃即為一例;水的 k 值雖不高,但比熱 4.18 kJ/kg·K 與汽化潛熱 2,257 kJ/kg 極大,滅火靠的是吸熱而非導熱。考題若改問「何者熱傳導係數最高」,答案便換成金屬或玻璃,判斷邏輯完全相同。另一個常見的組合考點是含水率:木材含水率升高時 k 值上升、熱慣性隨之增大,表面升溫變慢而引燃時間明顯延長,這正是含水率被列為木材燃燒性重要影響因子的原因;反之,發泡類材料一旦受熱塌陷、孔隙結構被破壞,原本靠空氣撐起的隔熱能力便急遽下降。