115 消防設備人員專技普考 消防設備士 火災學概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查火災時熱氣體與煙霧如何因溫度、密度差而產生自然熱對流，以及哪些條件會影響煙流的方向、速度、範圍與分層情形。

自然熱對流是流體受熱後，因密度改變而在重力場中自行流動的現象。火災中，燃燒產生的熱氣體密度較周圍冷空氣低，因浮力而上升；周圍較冷空氣則流向火源補充，形成連續的對流循環。這種由火源加熱、以浮力驅動的上升氣流，稱為火羽流。

在理想氣體近似下，定壓時氣體密度與絕對溫度成反比：

$$\rho \propto \frac{1}{T}$$

因此，火災煙氣溫度愈高，通常密度愈低，浮力愈大，上升運動愈明顯。火羽流上升時會捲吸周圍空氣，並將熱氣體與煙粒帶往上方；煙氣抵達天花板後向四周擴展，逐漸形成頂部煙層。煙層累積後可能向下增厚，影響能見度、逃生與消防人員進入。

解題方法

作答可依「浮力成因 → 火災中的流動過程 → 影響因素 → 火場影響」順序說明。先交代熱氣體因密度較低而上升，再描述火羽流捲吸空氣、碰撞天花板後形成煙層，最後分別列出火源、煙氣、環境及空間條件對煙流的影響。

自然熱對流的基本驅動力可用浮力概念表示：

$$F_b \approx gV(\rho_a-\rho_h)$$

其中 $g$ 為重力加速度，$V$ 為熱氣體體積，$\rho_a$ 為周圍空氣密度，$\rho_h$ 為熱氣體密度。當 $\rho_h<\rho_a$ 時，浮力向上；兩者密度差愈大，向上驅動作用通常愈強。此式用來說明趨勢，不是用來直接計算實際煙流速度的完整公式。

自然熱對流現象與火場影響

1. **火羽流形成與上升：**燃燒放熱使火源上方氣體升溫、膨脹、密度降低，於是火焰、熱氣體及煙霧形成上升羽流。羽流周圍的空氣被捲吸進來，使羽流流量及寬度隨上升逐漸增加。

2. **頂棚射流與煙層形成：**羽流上升至天花板後，無法繼續垂直上升，便沿天花板向水平方向流動，形成頂棚射流。煙氣持續累積後形成上部煙層；在通風、火勢及空間條件適合時，煙層與下方較冷空氣之間會呈現分層。

3. **煙層下降與危害擴大：**火災持續產生熱與煙，煙層逐漸增厚並向下下降，使可用避難高度與能見度降低。煙氣還會攜帶熱量及有害燃燒產物，增加熱暴露與吸入危害。

核心觀念

閃燃（Flashover）是室內火災由局部燃燒快速轉變為全室全面燃燒的過渡現象。它不是單一物品著火，也不是爆炸；典型情形是室內熱煙層與火焰的熱輻射使室內可燃物表面快速升溫，達到著火條件後，許多可燃物近乎同時起火，造成整個空間迅速陷入全面燃燒。

閃燃的發展通常經過「起火與成長—熱煙層形成—熱回饋增強—全面燃燒」的過程。火災初期，火源加熱鄰近可燃物，燃燒產生的熱煙氣因浮力上升並累積於天花板下方，形成高溫煙層。煙層越厚、溫度越高，對室內物品、牆面與地板的熱輻射越強；可燃物受熱後熱分解，釋出更多可燃蒸氣，燃燒放熱又進一步加熱煙層與室內表面，形成加速增長的正回饋。

閃燃常以煙層溫度約 $500\sim600^\circ\mathrm{C}$，或地板所受熱通量約 $20\ \mathrm{kW/m^2}$ 作為判斷參考。這些是常見的工程判據，並非所有火場都會在固定溫度或熱通量下發生閃燃。室內可燃物種類與數量、通風條件、空間形狀、牆頂材料的熱性質，以及灑水設備等，都會影響火災是否發展至閃燃及其發生時間。

解題方法

本題是火災現象與危害說明題，可依「形成機制—建築防火威脅—人員逃生威脅」三個層次作答：

1. 交代閃燃的定義：說明它是室內局部火災迅速轉變為全室全面燃燒的過渡現象。
2. 說明產生機制：以熱煙層形成、熱輻射增強、可燃物熱分解與燃燒放熱的連鎖作用，解釋火勢為何會快速擴大。
3. 說明安全威脅：分別從建築構件與防火區劃，以及室內人員的生存與逃生條件，分析閃燃造成的後果。

核心觀念

本題考查「靜電防止」的方法，以及材料導電性對靜電消散的作用。

橡膠原本屬於電氣絕緣材料，與其他物體接觸、分離或摩擦時，容易因摩擦起電產生電荷；因其導電性差，電荷不易流失，容易累積於人體或物體表面。

在橡膠中加入碳黑後，可提高橡膠的導電性，使產生的電荷經由材料逐漸逸散，並可配合接地將電荷導走，降低人體帶電及靜電放電的危險。因此，本題官方答案為使用導電性材料。

嚴格而言，導電材料主要是抑制靜電電荷的累積與放電，並非完全阻止摩擦起電本身；題目所稱「防止靜電發生」是考試上對靜電防護效果的概括說法。

解題方法

判斷本題可從「碳黑加入橡膠後產生的主要效果」切入：

1. 橡膠本身是絕緣材料，電荷容易滯留。
2. 碳黑具有導電性，加入橡膠後可形成導電路徑。
3. 電荷可沿導電路徑移動並逸散，降低靜電累積。
4. 因此，此產品是利用導電材料達到防靜電效果。

導電材料的作用可概念化表示為：

$$\text{靜電產生} \rightarrow \text{電荷經導電路徑逸散} \rightarrow \text{降低電荷累積}$$

所以正確選項為 (D)。

選項分析

(A) 使用帶電序列相近的物質

帶電序列是依不同物質接觸、摩擦後取得正電或負電的傾向排列。選用帶電序列位置相近的材料，可減少兩者間的電荷轉移，因而降低摩擦起電的程度。

此方法在原理上具有降低靜電產生的效果，但題幹明確指出「橡膠中加入碳黑」，其主要防靜電機制是提高橡膠的導電性，而非選用帶電序列相近的物質。因此不是本題答案。

核心觀念

本題考查「電線走火」的起火機制與常見原因。判斷重點在於：起火是否直接源自電線、插頭、接點或延長線等電路部分的異常發熱、漏電、短路或電弧。

常見電氣火災機制包括：

1. 過負載：電流過大，使導線產生過多熱量。
2. 接觸不良或積污導電：造成局部發熱、漏電或電弧。
3. 電線半斷線、局部截面積減小：使電阻增大，產生局部過熱。
4. 短路或絕緣劣化：造成異常大電流或電弧，引燃周圍可燃物。

導線發熱量可用焦耳熱表示：

$$Q=I^2Rt$$

其中 $I$ 為電流、$R$ 為電阻、$t$ 為通電時間。當電流過大或局部電阻異常增加時，導線及接點溫度升高，即可能引燃絕緣材料或附近可燃物。

解題方法

逐一判斷各選項的起火原因，是否屬於「電線、插頭、接點或延長線本身的電氣異常」。

• 若是電路部分異常發熱、漏電、短路或產生電弧，屬於電線走火的典型原因。
• 若只是電器正常發熱部位直接引燃附近可燃物，起火點是電器的發熱部位及其周圍可燃物，並非電線本身，依本題命題分類應判為錯誤。

選項分析

(A) 電暖器發熱部位引燃附近可燃物

錯誤。

電暖器的發熱部位本來就是設計用來產生高溫的部件。若其高溫表面、熱風或輻射熱使附近衣物、紙張、窗簾等可燃物達到著火溫度，屬於「電器發熱部位引燃可燃物」。

此情形雖可廣義歸入電氣火災，但起火原因不是電線過載、短路、漏電或接點異常，而是電暖器的正常高溫部位直接造成引燃。因此依本題「電線走火」的分類，A 不屬於所問的典型起因，為錯誤選項。

核心觀念

本題考查電氣火災中「積污導電」的定義。

絕緣物體原本具有阻隔電流的作用；當其外表附著水分、灰塵、鹽分或其他電解質物質時，表面會形成導電路徑，使電流沿絕緣物表面流動。此種由異極間產生的小規模漏電流，會逐漸破壞絕緣性能，稱為「積污導電」。

其作用機制可概括為：

$$\text{水分、灰塵等污損物} \rightarrow \text{表面形成導電路徑} \rightarrow \text{漏電流增加} \rightarrow \text{絕緣性能下降}$$

因此，題幹所描述的現象與「積污導電」完全相符。

解題方法

本題採「題幹定義對照法」。抓住三個關鍵訊息：

1. 物體本身是絕緣物。
2. 外表附著少量水分、灰塵等電解質物質。
3. 因此產生小規模放電及異極間電流，導致絕緣性喪失。

其中「絕緣物表面附著污損物，造成表面導電」正是積污導電的核心定義，所以選擇 (B)。

選項分析

(A) 短路

錯誤。短路是指原本具有電位差的導體或電路，因絕緣破壞或導體直接接觸，使電流經由低阻抗路徑流通，造成電流急遽增大。

短路的典型特徵是：

• 導體間形成直接或近似直接的低電阻通路。
• 電流通常顯著增加。
• 容易造成過熱、電弧或保護裝置跳脫。

本題是絕緣物表面因污損物形成漏電路徑，屬於表面導電現象，不是導體間的直接短接。

(B) 積污導電

核心觀念

本題考查「閃火點」的定義及常見液體燃料的閃火點高低。

閃火點（flash point）是指液體在規定試驗條件下，加熱至某一溫度時，液面所產生的蒸氣與空氣形成可燃混合物，遇到火源能發生瞬間閃燃的最低溫度。

判斷原則為：

• 閃火點越低，越容易在常溫下產生足量可燃蒸氣。
• 閃火點越低，火災危險性通常越高。
• 汽油具有高度揮發性，因此閃火點遠低於柴油、齒輪油及沙拉油。

解題方法

本題不需計算，直接比較各液體的典型閃火點：

液體	典型閃火點概念	危險特性
汽油	約 $-43^\circ\text{C}$ 至 $-20^\circ\text{C}$	常溫下容易產生可燃蒸氣
柴油	約 $50^\circ\text{C}$ 以上	揮發性低於汽油
齒輪油	通常高於柴油，多在 $150^\circ\text{C}$ 以上	高黏度、揮發性低
沙拉油	通常在 $300^\circ\text{C}$ 左右或更高	高溫下才易產生大量可燃蒸氣

比較可知：

$$\text{汽油的閃火點}< \text{柴油的閃火點}< \text{齒輪油、沙拉油的閃火點}$$

因此閃火點最低者為汽油。

選項分析

(A) 汽油：正確

汽油由多種低分子量碳氫化合物組成，揮發性高，常溫下即可產生大量蒸氣。

核心觀念

本題考「防煙垂壁」的主要功能。防煙垂壁係設置於天花板或樓板下方的垂直構造，用來在火災時形成煙的阻隔界面，使上升至天花板附近的煙層受到區隔，限制煙氣向水平方向擴散。

其核心作用可概括為：

$$\text{控制煙氣流動範圍，延緩煙氣擴散}$$

因此，防煙垂壁屬於「防止煙流擴散」的設施，並非排煙設備，也不是加壓防煙設備。

本題依命題當年，即民國115年相關法規與消防工程概念為準。

解題方法

判斷本題可從「防煙垂壁本身做什麼」切入：

1. 火災產生的煙氣受熱上升。
2. 煙氣聚集於天花板下方，形成煙層。
3. 防煙垂壁由天花板向下垂設，形成垂直阻隔。
4. 煙氣受到阻隔後，不會迅速向鄰接區域水平擴散。
5. 因此其主要功能是控制煙的流動範圍。

防煙垂壁的重點在「阻隔、區劃、限制擴散」，而不是「排出煙氣」或「改變空間壓力」。

選項分析

(A) 標示逃生方向功能

錯誤。

標示逃生方向是避難方向指示、出口標示、避難指示燈等設備的功能。防煙垂壁並不負責提供人員辨識逃生路徑，也不具有指示方向的主要作用。

(B) 火災時具排煙功能

錯誤。

核心觀念

本題考查建築物火災與煙氣流動中的「風效應」。建築物受到外部風作用時：

• 迎風面承受風流直接撞擊，形成正壓力。
• 氣流繞過建築物至背風面時，因流動分離、紊流及局部低壓作用，形成負壓力。
• 此種由建築物外部風力造成的壓力差，稱為「外部風效應」（wind effect）。

外部風效應會影響建築物開口部的空氣流動、煙氣蔓延及火勢發展。

解題方法

題幹已明確描述壓力來源是「氣流」作用於建築物外部：

1. 迎風面：風流受建築物阻擋，產生正壓力。
2. 背風面：氣流繞流後形成紊流與低壓區，產生負壓力。
3. 由外部風力所造成的正、負壓力分布，即為外部風效應。

因此，本題可直接依「壓力是由外部風力造成」判斷，不必進一步計算風壓公式。

選項分析

(A) 逆向煙囪效應：錯誤。

煙囪效應是因建築物內外溫度不同，造成空氣密度及壓力差，使空氣、煙氣沿垂直方向流動。當室外溫度高於室內，氣流方向可能與一般冬季煙囪效應相反，稱為逆向煙囪效應。本題壓力來源是外部風力，不是室內外溫度差。

(B) 正向煙囪效應：錯誤。

核心觀念

本題考查氣體爆炸中，依燃燒反應波傳播速度所作的分類：

• 爆燃（Deflagration）：燃燒波以低於音速的速度傳播，主要依靠熱傳導、分子擴散等方式使未燃混合物逐步著火。
• 爆轟（Detonation）：燃燒波以高於音速的速度傳播，並伴隨強烈壓縮震波；震波壓縮、加熱未燃氣體，使其迅速發生化學反應。
• 音速：爆轟與爆燃的主要區分基準。燃燒波速度大於音速，即屬爆轟。

因此，題幹所稱「氣體爆炸時之燃燒速度大於音速」，符合爆轟的定義。

解題方法

本題不需計算，直接依「燃燒速度與音速的關係」判斷：

$$\text{燃燒波速度} > \text{音速} \quad\Longrightarrow\quad \text{爆轟（Detonation）}$$

若燃燒波速度低於音速，則為爆燃：

$$\text{燃燒波速度} < \text{音速} \quad\Longrightarrow\quad \text{爆燃（Deflagration）}$$

題目已明確給出「大於音速」，所以答案為爆轟。

選項分析

(A) 爆燃（Deflagration）

核心觀念

本題考查乙炔的儲存方式與溶解性。乙炔（$C_2H_2$）在加壓、受熱或含有雜質時，容易發生分解爆炸，因此不能單純以高壓方式大量壓縮儲存。

乙炔鋼瓶的構造是在瓶內填充多孔性物質，並浸潤丙酮，使乙炔溶解於丙酮中。藉由「多孔性物質固定溶劑」及「丙酮溶解乙炔」的方式，提高儲存安全性，降低乙炔自行分解爆炸的危險。

解題方法

看到題幹中的關鍵字：

• 乙炔鋼瓶
• 多孔性物質
• 浸泡溶劑
• 乙炔溶解其中
• 避免分解爆炸

即可直接聯想到「溶解乙炔鋼瓶」，其內部使用的溶劑就是丙酮（acetone）。

因此：

$$\text{乙炔鋼瓶}+\text{多孔性填料}+\text{丙酮} \longrightarrow \text{溶解乙炔的安全儲存方式}$$

【答案】（C）丙酮

選項分析

（A）甲苯：錯誤

核心觀念

本題考查爆炸依能量來源及發生機制的分類。

「蒸氣爆炸」屬於物理性爆炸，主要是液體在高壓、高溫狀態下，因容器破裂或壓力突然降低，使液體迅速汽化成大量蒸氣，體積急劇膨脹而造成爆炸。

鍋爐內的水在加壓、加熱後，沸點提高；當鍋爐突然破裂時，壓力瞬間下降，部分高溫水立即轉變為蒸氣，並伴隨巨大的體積膨脹與衝擊力，因此屬於蒸氣爆炸。

解題方法

判斷本題的關鍵，在於辨認各選項的主要爆炸機制：

• 是否為高壓液體突然汽化？
• 是否為可燃物與空氣混合後的燃燒反應？
• 是否為粉塵在空氣中快速燃燒？
• 是否為金屬材料本身的反應或破裂？

只要選項符合「高壓熱水突然降壓、快速汽化」的特徵，即屬於蒸氣爆炸。

鍋爐爆炸的典型過程可表示為：

$$\text{高溫高壓水} \xrightarrow{\text{容器破裂、壓力驟降}} \text{大量水蒸氣}$$

水由液態迅速轉為氣態時，體積大幅增加，造成壓力波、飛散物及破壞力。

選項分析

(A) 鍋爐爆炸：正確

鍋爐內含有高溫、高壓水。當鍋爐本體因材料缺陷、腐蝕、超壓或其他原因破裂時，內部壓力突然降低，高溫水迅速汽化成蒸氣，體積急遽膨脹並產生爆炸效果。

此種爆炸的主要能量來自壓力釋放及液體汽化，並非可燃物的燃燒反應，因此屬於蒸氣爆炸。

核心觀念

本題考查「分解爆炸」與「燃燒爆炸」的區別。

分解爆炸是指物質本身具有不安定結構，受熱、受光、受衝擊或其他因素作用時，分子迅速分解，產生大量氣體與熱量，因而形成爆炸。其特徵是：

• 不必依賴空氣中的氧氣。
• 爆炸物質本身即可提供分解反應所需的能量來源。
• 常見於化學性質不安定、具有強氧化性或高能量鍵結的物質。

二氧化氯（$ClO_2$）屬於性質不安定的強氧化性物質，濃度較高時容易因受熱、光照、撞擊或污染而快速分解，反應可表示為：

$$2ClO_2 \rightarrow Cl_2 + 2O_2 + \text{熱}$$

此反應會產生氣體並釋放熱量，若分解速度極快，即可形成分解爆炸。因此，本題應選二氧化氯。

解題方法

判斷本題可依序採取下列切入點：

1. 先辨識選項是否屬於性質不安定、能自行快速分解的物質。
2. 若物質爆炸時不需與空氣混合，而是由自身分解產生大量氣體與熱，屬於分解爆炸。
3. 若必須與空氣或氧氣混合並燃燒，則屬於燃燒爆炸或爆炸性燃燒，不是分解爆炸。

四個選項中，只有二氧化氯具有「本身不安定且可快速分解」的典型特徵。

選項分析

(A) 二氧化氯——正確

二氧化氯的化學式為 $ClO_2$，具有強氧化性，且化學性質不安定。受熱、光照、衝擊或濃度過高時，容易發生放熱分解：

$$2ClO_2 \rightarrow Cl_2 + 2O_2$$

分解過程會迅速產生氣體及熱量，具備分解爆炸的基本條件。因此，二氧化氯為本題正確答案。

核心觀念

本題考查粉塵爆炸的基本特性，重點包括：

1. 粉塵粒徑與比表面積的關係。
2. 粉塵含水量對分散、加熱及燃燒的影響。
3. 粉塵與可燃性氣體混合形成「混合爆炸性氣氛」時的危險性。
4. 最小發火能量（Minimum Ignition Energy, MIE）的比較。

粉塵爆炸通常須具備下列條件：

• 可燃性粉塵
• 粉塵懸浮於空氣中
• 適當的粉塵濃度
• 空氣中的氧氣
• 足夠的點火能量
• 在受限制空間中，爆炸壓力得以累積

其中，粒徑越小，粉塵的比表面積越大，越容易被加熱、點燃及快速燃燒。

球形粒子的表面積與體積分別為：

$$S=\pi d^2$$ $$V=\frac{\pi d^3}{6}$$

因此，表面積與體積之比為：

$$\frac{S}{V}=\frac{6}{d}$$

可見粒徑 $d$ 越小，比表面積越大。

解題方法

逐項判斷各敘述是否符合粉塵爆炸的一般物理特性：

• 混合可燃物通常會使爆炸危險範圍擴大，而非單純提高爆炸下限。
• 水分通常具有抑制粉塵爆炸的效果。
• 粉塵通常需要較高的最小發火能量。
• 粒徑越小，比表面積越大，最小發火能量越低。

依此判斷即可選出正確答案。

選項分析

(A) 粉塵若與可燃性氣體在空氣中共存時，其爆炸下限將提高

錯誤。

粉塵與可燃性氣體同時存在時，會形成混合爆炸性氣氛，通常稱為混合型爆炸性混合物或 hybrid mixture。此時兩種可燃物可相互助燃，往往會使爆炸範圍擴大、點火敏感度增加，並可能降低整體爆炸下限。

因此，粉塵與可燃性氣體共存時，爆炸危險性通常增加，不是使爆炸下限提高。

(B) 固體粒子的含水量愈多，愈易引起粉塵爆炸

錯誤。

水分通常會降低粉塵爆炸的可能性，原因包括：

核心觀念

本題考查環氧乙烷（Ethylene oxide，化學式為 $C_2H_4O$）發生分解爆炸時的產物判斷。

環氧乙烷分子中含有碳、氫、氧三種元素，不含氮元素。因此，在沒有外加含氮物質參與反應的條件下，分解爆炸產物中不會生成含氮化合物，例如氨氣 $NH_3$。

環氧乙烷分解爆炸會產生多種可燃性氣體，常見包括：

• 氫氣 $H_2$
• 一氧化碳 $CO$
• 甲烷 $CH_4$
• 乙烯等碳氫化合物

解題方法

判斷此題可採用「元素守恆」與「分解產物」兩個切入點。

環氧乙烷的分子式為：

$$C_2H_4O$$

其中只有碳、氫、氧三種元素，完全沒有氮元素。化學反應必須符合元素守恆，因此其分解爆炸產物不可能無中生有地產生含氮的 $NH_3$。

環氧乙烷在高溫下快速分解，會形成一氧化碳、氫氣及低分子量碳氫化合物。例如，生成一氧化碳與甲烷可用下式表示其基本元素關係：

$$C_2H_4O \rightarrow CO+CH_4$$

此式已符合碳、氫、氧原子數守恆，說明 $CO$ 與 $CH_4$ 可由環氧乙烷分解形成；在複雜的連鎖分解與二次反應中，也可生成 $H_2$ 等可燃性氣體。

選項分析

(A) $NH_3$

核心觀念

本題考「燃燒四要素」與燃燒化學反應的關係。燃燒四要素包括：

1. 可燃物
2. 助燃物
3. 熱能
4. 連鎖反應

其中，「自由基」是具有未成對電子、反應活性極高的原子或分子，例如氫自由基 $H\cdot$、氧自由基 $O\cdot$、羥基自由基 $OH\cdot$。這些自由基會參與燃燒過程中的引發、鏈成長與鏈分支反應，使燃燒能夠持續進行。

因此，自由基所涉及的是燃燒四要素中的「連鎖反應」。

解題方法

判斷本題的關鍵，在於辨認「自由基」屬於燃燒的物質條件，還是燃燒反應的反應機制。

燃燒並非只有可燃物、助燃物與熱能三項條件。當可燃物受熱並與助燃物反應時，會產生自由基。自由基接續攻擊其他可燃分子，產生更多自由基，使反應反覆進行，形成連鎖反應：

$$\text{可燃物受熱} \rightarrow \text{產生自由基}$$ $$\text{自由基參與反應} \rightarrow \text{生成更多自由基}$$ $$\text{自由基持續反應} \rightarrow \text{燃燒得以維持}$$

所以，自由基是連鎖反應中的重要反應中間體，正確答案為「連鎖反應」。

選項分析

(A) 助燃物

助燃物是支持燃燒的物質，常見者為氧氣。氧氣本身是燃燒反應的反應物，主要作用是與可燃物發生氧化反應。

核心觀念

本題考查室內火災在「通風受限」條件下，因缺氧而累積可燃性熱分解氣體，開口突然引入新鮮空氣後所發生的特殊燃燒現象。

室內火災缺氧時，木材、塑膠、家具等可燃物仍持續受熱並產生可燃性氣體，但因氧氣不足，無法充分燃燒。這些高溫可燃氣體蓄積於室內，當門、窗等開口開啟後，新鮮空氣大量流入，使可燃氣體與氧氣混合；若溫度及點火條件已達到燃燒要求，便可能發生瞬間猛烈燃燒，形成爆炸般的現象。

此現象稱為複燃（backdraft），亦常稱為回燃。

解題方法

判斷本題可抓住三個關鍵條件：

1. 室內火災。
2. 因缺氧而形成悶燒，並累積高溫可燃氣體。
3. 門、窗開啟後引入新鮮空氣，造成瞬間猛烈燃燒。

上述條件正是 backdraft 的典型發生機制：

$$\text{缺氧悶燒} \rightarrow \text{可燃氣體蓄積} \rightarrow \text{開口開啟、氧氣流入} \rightarrow \text{快速燃燒或爆炸般燃燒}$$

因此，本題所描述的現象為複燃。

選項分析

(A) 複燃（backdraft）——正確

複燃是指室內火災因通風不足而缺氧，造成未完全燃燒的可燃氣體及熱分解產物蓄積；當門、窗等開口開啟，氧氣突然流入後，混合氣體迅速燃燒，產生爆炸般火焰及壓力波的現象。

題幹中的「缺氧」、「悶燒」、「開口開啟」及「引入新鮮空氣」均符合複燃的定義。

(B) 閃燃（flashover）——錯誤

核心觀念

閃燃（Flashover）是室內火災由局部燃燒，迅速轉變為室內大部分可燃物同時燃燒的過渡現象。其主要機制是：

1. 火災熱釋放率上升。
2. 高溫煙層形成並蓄積於天花板下方。
3. 熱煙層對室內可燃物產生輻射與對流加熱。
4. 可燃物表面達到引燃條件後，室內燃燒迅速全面發展。

閃燃時間主要取決於燃料供給、熱累積及通風條件。可用概念式表示：

$$t_{\text{flashover}} \propto \frac{\text{可燃物達到引燃所需的吸熱量}}{\text{火災有效熱輸入}}$$

火災成長越快、可燃物越多、熱量越容易蓄積，閃燃時間通常越短。

本題考查的是「直接影響閃燃時間的室內火災條件」，以命題當年（民國 115 年）消防設備人員考試所採用的火災學基本觀念為準。

解題方法

判斷各選項是否屬於閃燃時間的重要直接因素，可從三個面向切入：

• 可燃物的燃燒速率與熱釋放率；
• 房間內熱量的蓄積情形；
• 空氣供應與通風條件。

凡是會直接改變熱釋放率、煙層蓄積或氧氣供應的因素，通常是閃燃時間的重要原因。單純的空氣物理性質，若未直接改變上述條件，則不屬於主要直接因素。

選項分析

（A）可燃物的數量與尺寸

正確。可燃物數量越多，室內可燃物總熱負荷越大；可燃物尺寸、表面積及排列方式，也會影響其受熱、揮發及燃燒速度。

一般而言，可燃物的熱釋放率可概念化表示為：

$$\dot{Q}=\dot{m} \Delta H_c$$

其中：

• $\dot{Q}$ 為熱釋放率；
• $\dot{m}$ 為燃燒質量流率；
• $\Delta H_c$ 為燃燒熱。

可燃物數量多、表面積大或排列有利於燃燒時，熱釋放率增加，煙層升溫及室內輻射加熱速度加快，因此閃燃時間可能縮短。故本項是直接影響閃燃時間的重要因素。

（B）房間的形狀及尺寸

核心觀念

本題考的是室內空間火災中的「輻射能回饋效果」。

建築物發生火災時，火焰及高溫煙氣會上升，使天花板與上部煙層蓄積大量熱能。受熱後的天花板、煙層及其他高溫表面，會向下方地面及可燃物放射熱能，使地面可燃物吸收更多熱量。

可燃物吸收輻射熱後，表面溫度上升，促進水分蒸發、熱分解及可燃性氣體產生，使燃燒速度加快，形成火災自身強化的熱回饋現象，因此稱為「輻射能回饋效果」。

熱傳遞主要包括：

• 熱傳導：熱能經由固體或介質內部傳遞。
• 熱對流：熱能隨流體流動傳遞。
• 熱輻射：以電磁波形式傳遞，不必依賴固體或流體接觸。

熱輻射強度可用史蒂芬—波茲曼關係表示：

$$E=\varepsilon \sigma T^4$$

其中 $E$ 為輻射放射能，$\varepsilon$ 為放射率，$\sigma$ 為史蒂芬—波茲曼常數，$T$ 為絕對溫度。由於輻射能與絕對溫度的四次方有關，高溫天花板及煙層能向下方放射大量熱能。

解題方法

題幹描述的因果關係是：

$$\text{上部高溫表面} \rightarrow \text{向地面放射熱能} \rightarrow \text{地面可燃物吸熱} \rightarrow \text{燃燒速度增加}$$

判斷關鍵在於「向地面放射出大量輻射熱」這句話。題幹已明確指出熱能傳遞方式為「輻射」，且此熱能被地面可燃物吸收後，反過來促進燃燒，故屬於「輻射能回饋效果」。

選項分析

核心觀念

本題考「氣體壓縮升溫引起發火」的現象，正式稱為斷熱壓縮（adiabatic compression）。

斷熱壓縮是指氣體受外力快速壓縮時，與外界幾乎沒有熱量交換，外界對氣體所作的功轉變為氣體內能，使氣體溫度迅速上升。若溫度達到可燃物的著火溫度，且具備燃燒所需條件，即可能自行發火。

理想氣體的斷熱過程可表示為：

$$PV^\gamma=\text{定值}$$

其中：

• $P$：氣體壓力
• $V$：氣體體積
• $\gamma$：比熱比，即 $C_p/C_v$

溫度與體積的關係為：

$$TV^{\gamma-1}=\text{定值}$$

因此，氣體體積減少時，溫度會上升。壓縮越快速，熱量越來不及散失，斷熱升溫效果越明顯。

解題方法

題幹的關鍵描述是：

氣體本身受到壓縮，溫度上升時，亦可發火

判斷步驟如下：

1. 找出作用方式：氣體受到壓縮。
2. 找出結果：壓縮造成溫度上升。
3. 判斷熱力學過程：快速壓縮時，氣體與外界幾乎沒有熱量交換，屬於斷熱過程。
4. 若溫度上升至可燃物的著火溫度，即可發生壓縮發火。
5. 因此正確名稱為「斷熱壓縮」。

此現象可見於柴油引擎的壓縮點火：空氣受到活塞高度壓縮後，溫度升高，噴入的柴油接觸高溫空氣而自行著火。

選項分析

(A) 高溫壓縮

核心觀念

本題考查可燃物之「燃燒特性溫度」，關鍵在於是否需要外加火源。

可燃物在大氣中受熱，達到某一最低溫度後，即使沒有明火、電火花等外來火源，也能自行發生燃燒，此最低溫度稱為「自燃溫度」，又稱「自燃點」或「自燃著火溫度」（autoignition temperature）。

解題方法

題幹的判斷關鍵有兩項：

1. 沒有明火等外來火源
2. 可燃物因受熱而自行燃燒

符合「無外加火源而自行著火」的定義，因此選擇自燃溫度。

此題屬於定義辨識題，不涉及計算公式；只要掌握各種溫度的差異即可判斷。

選項分析

(A) 閃火點：錯誤

閃火點是指可燃性液體受熱後，所產生的蒸氣與空氣形成可燃混合物，遇到外來火源時，能發生瞬間閃燃的最低溫度。

其必要條件是：

• 通常需要外來火源；
• 燃燒通常僅短暫發生；
• 不代表可燃物能自行持續燃燒。

因此，題幹所述「無明火等火源」與閃火點的定義不符。

(B) 沸點：錯誤

核心觀念

本題考查史帝芬－波茲曼定律（Stefan–Boltzmann law）。理想黑體單位時間所放出的輻射熱量，與其絕對溫度的四次方成正比：

$$Q=\sigma A T^4$$

其中：

• $Q$：單位時間的輻射熱量，也可視為輻射功率
• $\sigma$：史帝芬－波茲曼常數
• $A$：輻射物體表面積
• $T$：物體的絕對溫度，單位為 K

實際物體的輻射能力還須考慮放射率 $\varepsilon$，公式為：

$$Q=\varepsilon\sigma A T^4$$

因此，在表面積、放射率及其他條件相同時，輻射熱量與輻射物體表面絕對溫度的四次方成正比。

解題方法

直接辨識史帝芬－波茲曼公式中的溫度項即可：

$$Q\propto T^4$$

題目問的是「輻射熱量與輻射物體表面溫度的幾次方成正比」，公式中的溫度為 $T^4$，所以答案為四次方。

須注意，公式中的溫度必須使用絕對溫度：

$$T(\mathrm{K})=t(^{\circ}\mathrm{C})+273.15$$

不可將攝氏溫度直接代入四次方關係。

若題目討論的是物體與周遭環境間的淨輻射熱量，則可寫為：

核心觀念

本題考查液體燃料的燃燒型態。汽油是可燃液體，液體本身不直接燃燒；受熱後先蒸發成蒸氣，蒸氣與空氣混合並達到可燃條件後燃燒，稱為蒸發燃燒。

解題方法

先辨認燃料狀態，再依其燃燒前的變化判斷：汽油為液體，燃燒前須先汽化，因此歸類為蒸發燃燒。判斷時應看燃料如何轉變成可燃狀態，不要只憑「汽油是液體」推論其在液面直接燃燒。

選項分析

核心觀念

閃火點（flash point）是指：可燃性液體在規定試驗條件下，因溫度升高而蒸發出足以與空氣形成可燃混合氣體的最低溫度。

此時蒸氣濃度剛好達到燃燒下限（Lower Flammable Limit, LFL），遇到火源即可發生短暫閃燃。因此，閃火點的判斷要掌握兩個關鍵：

1. 溫度是「最低溫度」。
2. 蒸氣濃度是剛達到「燃燒下限」。

燃燒濃度必須介於燃燒下限與燃燒上限之間：

$$\text{燃燒下限} \leq \text{可燃混合氣體濃度} \leq \text{燃燒上限}$$

低於燃燒下限時，燃料蒸氣太少，屬於過稀，無法持續燃燒；高於燃燒上限時，燃料蒸氣太多、氧氣相對不足，也無法正常燃燒。

解題方法

液體溫度逐漸升高時，表面蒸發的可燃性蒸氣量會增加，蒸氣與空氣的混合濃度也隨之上升。

當濃度尚未達到燃燒下限時，即使有火源，也不會發生閃燃。當濃度「首次」達到燃燒下限時，便達到能夠被點燃的最低條件，而此時所對應的最低溫度就是閃火點。

因此可直接判斷為：

$$\text{閃火點}=\text{蒸氣濃度首次達到燃燒下限時的最低溫度}$$

所以正確選項為 （C）。

核心觀念

本題考查皮膚火傷的分級，以及各級火傷的典型症狀。

依傳統火傷分級：

• 第一級火傷：表皮受損，皮膚紅、腫、熱、痛，但通常不形成水泡。
• 第二級火傷：表皮及部分真皮受損，因組織液滲出而形成水泡，並伴隨明顯疼痛。
• 第三級火傷：皮膚全層壞死，可能呈白色、焦黑或皮革樣，痛覺反而可能減弱。
• 第四級火傷：傷害深入皮下組織、肌肉、肌腱，甚至骨骼，屬於更深層的組織破壞。

解題方法

題幹的關鍵字是「水泡性火傷」。

皮膚受熱後，若傷害已深入真皮，血管通透性增加，組織液會聚集於表皮與真皮之間，形成水泡。這是第二級火傷的代表性特徵。

因此可直接依症狀對照分級：

$$\text{水泡性火傷} \longrightarrow \text{第二級火傷}$$

選項分析

(A) 一級火傷：錯誤。第一級火傷主要限於表皮，典型表現為皮膚紅腫、疼痛及局部發熱，不以水泡為主要特徵。

核心觀念

本題考查火災時熱能傳遞的三種基本方式：

1. 傳導熱：熱能經由固體內部或彼此直接接觸的物體傳遞。
2. 對流熱：流體受熱後產生流動，熱能隨氣體或液體的流動傳遞。
3. 輻射熱：熱能以電磁波形式，不需介質即可傳遞。
4. 蒸發熱：物質由液態變為氣態時所涉及的潛熱，並非一般火災探測器的主要作動機制。

偵溫式探測器是藉由周圍熱氣流使探測器本體溫度上升，達到設定溫度後作動。因此，題目所問的主要熱能傳遞方式是對流熱。

解題方法

火災發生後，燃燒產生的高溫煙氣與熱空氣會向上升，形成熱氣流。安裝於天花板附近的偵溫式探測器，主要接受這些熱氣流的加熱：

$$\text{高溫熱氣流} \rightarrow \text{探測器表面} \rightarrow \text{探測器溫度上升}$$

熱氣流流經探測器表面時，藉由流體流動將熱能傳給探測器，這種熱能傳遞即為對流傳熱。

當探測器感熱部的溫度達到設定作動溫度時，探測器便發出火災警報。探測器內部各零件之間雖然還會發生傳導，但那是熱能進入探測器後的後續傳遞，並非題目所問的熱氣與探測器之間的主要傳熱方式。

選項分析

(A) 傳導熱

核心觀念

本題考查液化石油氣（LPG）的主要成分。LPG 是石油煉製或天然氣處理過程中取得的可液化烴類燃料，主要成分為丙烷與丁烷；選項中只有丁烷屬於 LPG 的主要成分。

解題方法

先辨認各選項所屬的烴類，再與 LPG 的組成比對：甲烷是天然氣的主要成分；乙炔常用於金屬熔接、切割；丙烯可存在於石油氣中，但不是本題選項所指的主要成分；丁烷則是 LPG 的主要成分之一，因此選 (D)。

選項分析

核心觀念

本題考查煙層對光線的衰減，以及比耳—朗伯定律（Beer–Lambert law）。

光穿透率為

$$T=\frac{I}{I_0}$$

消光係數 $\sigma$ 的定義為

$$I=I_0e^{-\sigma L}$$

因此：

$$\sigma=\frac{-\ln T}{L} =\frac{2.303\log(1/T)}{L}$$

其中：

• $T$：光穿透率
• $L$：煙層厚度
• $\sigma$：消光係數，單位為 $\mathrm{m}^{-1}$

解題方法

已知煙層厚度：

$$L=3\,\mathrm{m}$$

測得有 $40\%$ 的光穿過，因此：

$$T=0.4=\frac{2}{5}$$

所以：

$$\frac{1}{T}=\frac{5}{2}=2.5$$

利用題目提供的常用對數：

$$\log 2.5=\log 5-\log 2$$

又因為：

$$\log 5=\log\frac{10}{2}=1-\log2=1-0.301=0.699$$

所以：

$$\log2.5=0.699-0.301=0.398$$

代入公式：

$$\sigma=\frac{2.303\times0.398}{3}$$ $$\sigma\approx\frac{0.917}{3} \approx0.306\,\mathrm{m}^{-1}$$

取題目選項所對應的近似值：

$$\sigma\approx0.305\,\mathrm{m}^{-1}$$

核心觀念

本題考查電流通過導體時所產生的焦耳熱（Joule heat）。焦耳熱公式為：

$$Q=I^2Rt$$

其中：

• $Q$：產生的熱量
• $I$：電流
• $R$：電阻
• $t$：通電時間

由公式可知，在電阻 $R$ 與通電時間 $t$ 固定時，焦耳熱 $Q$ 與電流 $I$ 的平方成正比：

$$Q\propto I^2$$

因此，官方答案為 (A)。

解題方法

直接利用焦耳熱公式：

$$Q=I^2Rt$$

題目問焦耳熱「與何者成正比」，判斷各物理量在公式中的次方即可。電流 $I$ 出現於平方項 $I^2$，因此焦耳熱與電流的平方成正比。

例如電流增加為原來的 $2$ 倍，在電阻及時間不變時：

$$Q'=(2I)^2Rt=4I^2Rt=4Q$$

可見電流增加為 $2$ 倍，焦耳熱會增加為 $4$ 倍。

選項分析

(A) 電流的平方：正確

由焦耳熱公式：

$$Q=I^2Rt$$

可知焦耳熱與電流平方 $I^2$ 成正比，故本選項正確。

(B) 電阻的平方：錯誤

核心觀念

本題考查「靜電接地」的目的與適用範圍。

物體因摩擦、分離、流動等作用產生靜電後，若電荷無法逸散，便會在物體上累積，形成較高電位。靜電接地是以適當的導體將設備或帶電體與大地作電氣連接，使電荷能經由接地路徑逐漸流入大地，降低電位及靜電蓄積。

其基本關係可用下式表示：

$$Q=CV$$

其中 $Q$ 為電荷量、$C$ 為電容量、$V$ 為電位。接地後，電荷得以逸散，$Q$ 及 $V$ 可降低，因此能減少靜電放電及引燃可燃物的危險。

解題方法

判斷本題可抓住一個關鍵：

靜電接地的功能是「導走已產生的靜電」，不是消除靜電產生的原因。

因此，能正確描述「防止帶電蓄積」的選項，即為本題答案。

選項分析

(A) 以非金屬導體與大地間以電氣接續，使兩者之電位大致相同

錯誤。

靜電接地的標準概念，是以適當的接地導體，通常為金屬導體，將帶電設備與大地作電氣連接，使其電位接近大地電位。選項將接地導體明確寫成「非金屬導體」，不符合一般消防與防火技術教材對靜電接地的定義。

本選項的敘述方式與接地目的部分相近，但「非金屬導體」是關鍵錯誤。技術上某些具有導電性的非金屬材料確實可能導電，但考試採標準定義時，仍以金屬導體作為接地導體的典型要求。

(B) 可防止靜電發生

錯誤。

核心觀念

本題考的是我國「六類危險物品」的分類，以及碳化鈣的化學危險性。

以命題當年（民國 115 年）法規為準，六類危險物品可概分為：

1. 第一類：氧化性固體
2. 第二類：易燃固體
3. 第三類：自燃物質及禁水性物質
4. 第四類：引火性液體
5. 第五類：自反應物質
6. 第六類：氧化性液體

碳化鈣的化學式為 $CaC_2$，俗稱電石，遇水會迅速反應，產生乙炔氣體及氫氧化鈣：

$$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2 + Ca(OH)_2$$

生成的乙炔 $C_2H_2$ 為高度易燃氣體，遇火源容易燃燒，故碳化鈣的主要危險性在於「遇水反應並產生可燃性氣體」，屬於禁水性物質。

解題方法

判斷此題應先抓住碳化鈣的反應特性，而非只看它的外觀或是否能燃燒。

碳化鈣本身為固體，但分類重點是：

• 遇水會產生乙炔；
• 反應會放出熱量；
• 乙炔具有高度易燃性；
• 因此不可用水直接撲救或處理。

依六類危險物品的分類，碳化鈣屬於第三類中的「禁水性物質」。題目選項以危險性名稱表示，故應選「禁水性物質」。

選項分析

(A) 氧化性固體：錯誤

氧化性固體是第一類危險物品，主要特徵是本身具有強氧化性，能促進其他可燃物燃燒，或因分解產生氧氣而助燃。

碳化鈣的主要危險性不是氧化性，而是遇水產生乙炔。因此不屬於氧化性固體。

核心觀念

本題考「火載量（Fire Load）」的定義。

火載量是指建築物內可燃物所具有的總量，通常以建築物樓地板面積作為基準，表示單位面積內所配置的可燃物量。其概念可表示為：

$$\text{火載量}=\frac{\text{建築物內可燃物總量}}{\text{樓地板面積}}$$

因此，火載量主要用來評估：

• 室內可燃物多寡；
• 火災可能持續燃燒的時間；
• 火災熱影響及延燒危險程度；
• 建築物防火區劃、耐火性能及消防安全設計。

若以質量表示，單位常見為 $\mathrm{kg/m^2}$；若將可燃物質量乘以其發熱量，則可表示為單位面積的熱能，常見單位為 $\mathrm{MJ/m^2}$。

解題方法

題幹問的是「火載量的定義」，判斷關鍵在於辨認分母。

火載量的標準概念是「以面積為基準，計算單位面積內的可燃物量」，因此公式中分母應為建築物的樓地板面積：

$$\text{火載量}=\frac{\text{可燃物量}}{\text{面積}}$$

符合此定義的是「單位面積的可燃物量」，故選 (B)。

選項分析

(A) 單位體積的發熱量

錯誤。

單位體積的發熱量是以體積作為基準，表示每單位體積所產生或儲存的熱量，概念上屬於體積熱負荷或熱能密度，例如：

$$\frac{\text{發熱量}}{\text{體積}}$$

火載量通常以樓地板面積為基準，不是以空間體積為基準，因此不符合本題定義。

(B) 單位面積的可燃物量

正確。

核心觀念

本題考查耐火建築物火災燃燒曲線各階段的特徵，以及不同階段主要熱傳方式的判斷。

熱傳方式主要包括：

1. 傳導：熱能經由固體介質內部傳遞，例如木材、牆壁、梁柱受熱。 $\dot Q_{\text{cond}}=-kA\frac{dT}{dx}$

2. 對流：熱能藉由空氣或煙氣等流體的流動傳遞。 $\dot Q_{\text{conv}}=hA(T_s-T_\infty)$

3. 輻射：物體以電磁波形式放出熱能，不需依靠介質傳遞。 $\dot Q_{\text{rad}}=\varepsilon\sigma A(T_s^4-T_{\text{sur}}^4)$

依消防工程常用的火災燃燒曲線，火災大致可分為初期、成長期、最盛期及衰退期。命題所採用的階段與主要熱傳方式對應中，初期以傳導為主。

解題方法

判斷本題可採「階段特徵」切入：

• 初期：火源範圍小，熱量主要由火源向鄰近可燃物或建築構件內部傳遞，故以傳導為主。
• 成長期：火焰及高溫煙氣逐漸擴大，熱氣流上升並在空間內流動，對流作用增加。
• 最盛期：室內溫度最高、火勢最猛烈，火焰與高溫表面間的輻射熱交換顯著。
• 衰退期：可燃物逐漸耗盡，熱釋放率與溫度下降，已不再具有初期局部加熱的典型特徵。

因此，題目所問「以傳導為主」的階段為初期。

選項分析

核心觀念

本題考查熱輻射熱通量的單位換算。

題目給定木質杉板外牆所受輻射熱為：

$$11{,}000\ \mathrm{kcal/(m^2\cdot hr)}$$

要求換算為 $\mathrm{kW/m^2}$。其中：

• $\mathrm{kcal/(m^2\cdot hr)}$：每平方公尺、每小時所接受的熱量。
• $\mathrm{kW/m^2}$：每平方公尺所接受的熱功率，即輻射熱通量密度。

常用換算關係為：

$$1\ \mathrm{kcal}=4.184\ \mathrm{kJ}$$

因此：

$$1\ \mathrm{kcal/hr} =\frac{4.184\ \mathrm{kJ}}{3600\ \mathrm{s}} =0.0011622\ \mathrm{kW}$$

亦可記憶為：

$$1\ \mathrm{kW}\approx 860\ \mathrm{kcal/hr}$$

解題方法

直接將題目數值乘上熱量與功率的換算係數：

$$11{,}000\ \mathrm{\frac{kcal}{m^2\cdot hr}} \times \frac{4.184\ \mathrm{kJ}}{1\ \mathrm{kcal}} \times \frac{1\ \mathrm{hr}}{3600\ \mathrm{s}}$$

因為：

$$1\ \mathrm{kJ/s}=1\ \mathrm{kW}$$

所以：

$$11{,}000\times\frac{4.184}{3600} = 12.786\ \mathrm{kW/m^2}$$

四捨五入至小數第一位：

$$12.786\approx 12.8\ \mathrm{kW/m^2}$$

核心觀念

本題考查硝化棉依「含氮量重量百分比」所作的分類。硝化程度越高，分子中硝酸酯基團的比例越大，含氮量通常也越高；含氮量較低者，稱為弱棉藥。

含氮量計算公式為：

$$\text{含氮量}(\%)= \frac{\text{分子中氮元素的總質量}}{\text{化合物分子量}}\times 100\%$$

解題方法

題目化學式為：

$$C_{24}H_{32}O_{12}(NO_3)_8$$

先將括號展開：

$$C_{24}H_{32}N_8O_{36}$$

因此，每一個分子含有 $8$ 個氮原子，氮元素質量為：

$$8\times 14.01=112.08$$

採用常用原子量 $C=12$、$H=1$、$O=16$，其分子量為：

$$24(12)+32(1)+8(14.01)+36(16)$$ $$=288+32+112.08+576=1008.08$$

所以含氮量為：

$$\frac{112.08}{1008.08}\times 100\% \approx 11.12\%$$

硝化棉含氮量約為 $11.1\%$，落在弱棉藥的範圍，故選 $($B$)$。

核心觀念

本題考查「混合氣體組成對爆轟速度的影響」，主要比較下列因素：

1. 是否為燃料與氧氣的適當化學計量比。
2. 混合氣體中是否含有大量不參與反應的稀釋氣體。
3. 反應物所能釋放的化學能，以及爆轟後生成物的高溫、高壓程度。

爆轟速度通常以 Chapman–Jouguet（CJ）爆轟理論分析。於初始壓力、溫度相同的條件下，反應熱越大、惰性氣體越少，通常越有利於提高爆轟速度。簡化而言，可理解為：

$$D_{CJ}\ \text{大致隨單位混合氣體的反應熱及爆轟生成物溫度增加而增加}$$

嚴格計算時，必須聯立爆轟波的質量、動量、能量守恆方程，以及 CJ 狀態的音速條件；考試則可先由化學計量比及稀釋程度判斷。

解題方法

先判斷各選項的燃料與氧氣比例：

• 乙烯完全燃燒：

$$C_2H_4+3O_2\rightarrow 2CO_2+2H_2O$$

• 一氧化碳燃燒：

$$2CO+O_2\rightarrow 2CO_2$$

• 戊烷完全燃燒：

$$C_5H_{12}+8O_2\rightarrow 5CO_2+6H_2O$$

• 丙烷完全燃燒：

$$C_3H_8+5O_2\rightarrow 3CO_2+4H_2O$$

接著比較：

1. 是否接近完整燃燒的化學計量比。
2. 是否含有大量 $N_2$ 稀釋。
3. 燃料本身尚可釋放的化學能。

在本題各選項中，$D$ 雖然不是丙烷完全燃燒的氧氣比例，但其沒有加入氮氣，且丙烷仍可與氧氣形成強烈的氣相爆轟反應；相較之下，$A$、$C$ 含有大量 $N_2$，會吸收反應熱並降低爆轟生成物溫度。$B$ 的一氧化碳已是部分氧化產物，剩餘可釋放的化學能也顯著低於丙烷。

以反應熱作概念性比較：

$$2CO+O_2\rightarrow 2CO_2$$

每莫耳反應約釋放 $566\ \mathrm{kJ}$；丙烷與氧氣反應所能釋放的總熱量則約為每莫耳丙烷 $2{,}000\ \mathrm{kJ}$。因此，$D$ 能產生較高的爆轟溫度與爆轟壓力，爆轟速度最大。

選項分析

（A）$C_2H_4+2O_2+8N_2$

乙烯完全燃燒需要：

$$C_2H_4+3O_2\rightarrow 2CO_2+2H_2O$$

題目僅提供 $2O_2$，氧氣不足，無法使乙烯完全氧化為二氧化碳與水。

核心觀念

本題考查 NFPA 72 所採用的「火災成長性」分類。此分類以火災熱釋放率符合平方時間成長模式（$t$-squared fire）為基礎：

$$Q=\alpha t^2$$

其中：

• $Q$：火災熱釋放率
• $\alpha$：火災成長係數
• $t$：火災成長時間

NFPA 72 通常以火災成長至 $1.055\,\mathrm{MW}$ 所需的時間作為分類基準：

火災類型	成長至 $1.055\,\mathrm{MW}$ 所需時間
慢速成長性火災	600 秒
中速成長性火災	300 秒
快速成長性火災	150 秒
超快速成長性火災	75 秒

本題依命題當年（民國 115 年）所適用之 NFPA 72 分類基準解答。

解題方法

題目已直接給出：

$$Q=1.055\,\mathrm{MW}$$

以及火災達到該熱釋放率所需時間：

$$t=150\,\mathrm{s}$$

依 NFPA 72 的分類表，火災成長至 $1.055\,\mathrm{MW}$ 若需 150 秒，即屬於快速成長性火災。

亦可利用平方時間公式驗算：

$$\alpha=\frac{Q}{t^2}$$

代入數值：

核心觀念

本題考查可燃性氣體在空氣中的「爆炸界限」：

• 爆炸下限（LEL）：氣體濃度低於此值時，混合氣體過稀，無法持續爆炸。
• 爆炸上限（UEL）：氣體濃度高於此值時，混合氣體過濃，氧氣不足，無法在空氣中爆炸。
• 爆炸界限寬度：

$$\text{爆炸界限寬度}=\text{爆炸上限}-\text{爆炸下限}$$

本題應比較各氣體爆炸下限至爆炸上限的「濃度範圍寬度」，並非只比較爆炸上限的高低。

解題方法

依常用標準資料，各氣體在空氣中的爆炸界限約如下：

氣體	爆炸下限（%）	爆炸上限（%）	爆炸界限寬度（百分點）
$H_2$	4	75	$75-4=71$
$C_2H_2$	2.5	81	$81-2.5=78.5$
$H_2S$	4.3	46	$46-4.3=41.7$
$CH_4$	5	15	$15-5=10$

比較可知：

$$78.5>71>41.7>10$$

因此爆炸界限最寬的是乙炔 $C_2H_2$。

選項分析

(A) $H_2$：錯誤

氫氣在空氣中的爆炸界限約為 $4\%\sim75\%$，寬度為：

$$75-4=71\text{ 個百分點}$$

氫氣的爆炸上限很高，且爆炸範圍相當寬，但仍小於乙炔約 $78.5$ 個百分點，因此不是本題答案。

(B) $C_2H_2$：正確

核心觀念

本題考查黑色火藥（black powder）的基本性質，包括：

• 反應型態：屬於快速燃燒的爆燃（deflagration），不是爆轟（detonation）。
• 感度：對摩擦、撞擊及火焰具有一定敏感性。
• 吸濕性：受潮後容易結塊、燃燒不完全，爆炸性能顯著降低。
• 安定性：在正常乾燥保存條件下，並非容易自行分解的物質。

黑色火藥的主要成分為硝酸鉀、木炭及硫磺，通常以快速燃燒產生大量氣體與熱量。

解題方法

判斷本題可從三個方向切入：

1. 先區分「爆轟」與「爆燃」。
2. 再判斷黑色火藥對摩擦、撞擊的敏感程度。
3. 最後比較吸濕性與自然分解性。

黑色火藥雖然屬於爆炸性物質，但其主要反應為爆燃。受潮後，黑色火藥的顆粒會結塊，點火及燃燒速率受到影響，因而失去原有的爆炸性能。這正是本題的判斷關鍵。

選項分析

(A) 置於密閉容器內點火，會產生爆轟

錯誤。

黑色火藥的基本反應型態是爆燃，燃燒速度低於爆轟，反應主要靠熱傳導及火焰面向未反應物推進。

置於密閉容器內點火時，黑色火藥快速燃燒會產生大量高溫氣體，使容器內壓力急劇上升，造成容器破裂，呈現爆炸現象。但這是「密閉空間內快速燃燒造成壓力爆炸」，不代表產生爆轟。

因此，不能因為密閉容器可能發生爆炸，就認定黑色火藥會產生爆轟。

(B) 對摩擦比較不敏感

錯誤。

核心觀念

本題考查「爆炸性物質敏感度」的影響因素。

敏感度是指爆炸性物質對外界刺激的反應難易程度，例如：

• 撞擊
• 摩擦
• 熱
• 火焰
• 靜電
• 衝擊波或起爆能量

敏感度越高，越容易因較小的外界刺激而發生燃燒、爆炸或爆轟。影響敏感度的主要因素包括爆炸性物質的化學結構、結晶狀態、密度、粒度、溫度、雜質及物理狀態等。

其中，「毒性」是物質對人體或生物造成危害的能力，屬於健康危害或化學危害特性，並非判斷爆炸性物質敏感度的因素。

解題方法

判斷本題可將各選項分為兩類：

1. 是否會改變爆炸性物質接受外界刺激後的反應難易程度。
2. 僅表示物質對人體的危害程度，與起爆或爆炸反應無直接關係。

化學結構、結晶狀態及密度，均會影響物質的能量儲存、分子排列、局部熱點形成及衝擊傳遞，因此會影響敏感度；毒性則不屬於此類因素。

選項分析

(A) 毒性

毒性表示物質進入人體後，經吸入、食入、皮膚接觸等途徑造成中毒或生理傷害的能力。

毒性高低與物質是否容易因撞擊、摩擦、加熱或起爆而發生爆炸，並無必然關係。例如某些物質具有高度毒性，但不具爆炸性；也有些爆炸性物質毒性不高。因此，毒性不是影響爆炸性物質敏感度的因素。

本選項為正確答案。

(B) 化學結構

化學結構會影響分子內部的能量、化學鍵強度、分解反應路徑及氧化還原特性。

核心觀念

本題考「莫耳燃燒熱」的定義與不同燃料完全燃燒時的放熱量比較。

莫耳燃燒熱是指 1 mol 物質完全燃燒時所放出的熱量，通常以 $\mathrm{kJ/mol}$ 表示。燃燒反應的反應焓 $\Delta H_{\mathrm c}$ 為負值；比較「放熱量大小」時，應比較其絕對值：

$$\text{放熱量}=\left|\Delta H_{\mathrm c}\right|$$

本題中的「酒精」依一般考試慣例，是指乙醇 $\mathrm{C_2H_5OH}$。各物質均以完全燃燒為前提。

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解題方法

列出各物質的完全燃燒反應，並比較每莫耳燃料的放熱量：

1. 乙烷：

$$\mathrm{C_2H_6+\frac{7}{2}O_2\rightarrow 2CO_2+3H_2O}$$

其莫耳燃燒熱約為：

$$\Delta H_{\mathrm c}\approx -1560\ \mathrm{kJ/mol}$$

2. 乙醇：

$$\mathrm{C_2H_5OH+3O_2\rightarrow 2CO_2+3H_2O}$$

其莫耳燃燒熱約為：

$$\Delta H_{\mathrm c}\approx -1367\ \mathrm{kJ/mol}$$

3. 硫化氫：

$$\mathrm{H_2S+\frac{3}{2}O_2\rightarrow SO_2+H_2O}$$

其莫耳燃燒熱約為：

$$\Delta H_{\mathrm c}\approx -560\ \mathrm{kJ/mol}$$

4. 乙炔：

$$\mathrm{C_2H_2+\frac{5}{2}O_2\rightarrow 2CO_2+H_2O}$$

其莫耳燃燒熱約為：

$$\Delta H_{\mathrm c}\approx -1300\ \mathrm{kJ/mol}$$

比較放熱量絕對值：

$$1560>1367>1300>560$$

因此，每燃燒 $1\ \mathrm{mol}$ 燃料時，乙烷的放熱量最大。

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選項分析

(A) 乙烷：正確

核心觀念

本題考查日本矢島安雄對「風速、風向與火災延燒速度」的實驗研究。判斷時應先區分三個方向：

• 上風方向：火勢逆著風向延燒。
• 下風方向：火勢順著風向延燒。
• 側風方向：火勢與風向大致垂直延燒。

風會使火焰傾斜，並改變熱輻射、熱對流及未燃物受熱情形。因此，風速增加時，下風方向通常較容易延燒；上風方向則因火焰被吹離未燃物，延燒速度逐漸降低。

依矢島安雄研究的重要結論，當風速超過約 $13\,\mathrm{m/s}$ 時，上風方向的延燒速度幾近於零。

解題方法

本題不需計算，採用「風向與延燒方向的相對關係」判斷：

1. 順風延燒：風助長火焰向前傾倒，延燒較快。
2. 逆風延燒：火焰被風吹回燃燒區，未燃物受熱減少，延燒較慢。
3. 風速非常大時，上風方向的火焰難以向逆風側推進，延燒速度會大幅降低，甚至接近零。

因此，符合研究結論的是「風速超過 $13\,\mathrm{m/s}$ 時，上風之延燒速度幾近於零」。

選項分析

(A) 風速愈大，上風之延燒速度愈快

錯誤。

上風方向是逆著風向延燒。風速增加時，火焰會向下風側傾斜，使上風側未燃物受到的熱輻射與熱對流減弱，因此上風方向的延燒速度應逐漸降低，而非加快。

(B) 風速愈大，下風之延燒速度愈減

錯誤。

核心觀念

本題考查可燃性液體蒸氣在空氣中的爆炸界限。正己烷（$n$-hexane）的燃燒下限（LEL，Lower Explosive Limit）是指：

正己烷蒸氣與空氣混合時，能被點燃並持續燃燒的最低體積濃度。

LEL通常以「正己烷蒸氣占空氣與蒸氣混合物的體積百分比」表示。濃度低於LEL時，可燃物分子不足，無法形成持續燃燒所需的混合比例。

解題方法

正己烷的LEL屬於火災學及危險物品相關的基本物性數據，考試時應熟記其約略值：

$$\text{正己烷LEL} \approx 1.2\% \text{（體積比）}$$

因此，本題可直接判定：

$$\boxed{\text{LEL} \approx 1.2\%}$$

選擇與此數值相符的選項，即為（D）。

不同資料表可能將正己烷LEL列為約$1.1\%$至$1.2\%$，原因包括試驗溫度、壓力、點火能量及測試標準不同。本題題幹使用「約為」，且官方答案以$1.2\%$為基準，故應選（D）。

選項分析