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热 本章我们将介绍 自然 的热能，以及热能独特的转换方式。我们还会介绍 对自然界有深远意义的 热力学第二定律 及其基本原理 。 自然热 像以前章节提及的那样，热是可以认为是组成物体的内部 分子和原子所具有的一种能量。作为一种能量，同样可以用焦耳来计算，但它在下面单位同时又是一个一般的标准。 . 卡路里（小） :1克水温度上升 1度所需要的热量为 1小卡， 1卡等于 . 卡路里 （大） :大卡是一个一般 用来计量食物热量的单位， 1大卡等于 1000小卡。 . 国热量单位 ， 1磅水上升 1华氏度所需热量。 15小卡 =1054 焦耳。 温度 热 量 是物体内部所具有能量的总和， 两升沸水具有的热量大于一升沸水的热量。温度是一个相对的术语，从另一方面来说明物体内部分子和原子所具有的平均动能。一个基本性质是热能不会在两个相同温度转移。 世界上有三种主要的温度表达方式：摄氏温度、华氏温度和开尔闻 。相互关系如下表： 我们可以从表 1中看出 1 与 1际上，摄氏温度与开耳闻只不过是平移了 273 o。开耳闻更便于表示更低温度的物体。而且 0 对零度， 是物体可以在理论上达到的最低温度。和真空一样，在绝对零度是物体完全的停止运动或者说是没有一点能量。在实际中表 1: 温度比较表 水 100 373 212 冰 水混合物 0 273 32 绝对零度 不可能达到的，虽然我们可以武断的像宇宙书籍中说的那样银河系星系之间是绝对真空的，但仍然具有能量，温度大约在 左右。 热容 热容是衡量物体能够储存热量大小的单位，只要我们对一物体加热，物体的温度就会升高。热容定义为单位物体温度升高一度所需热量，因此： 总热量 =热容 *温度变化值 这样，具有大的热容的物质，比如水， 储热能力强。在相同的加热量下具有大热容的物体的温度就不会上升很多，相反，热容较小的物质，比如铜，当被加热时温度就要上升的高些。 传热 在温度不同的物质间有传热有三种方式：导热、对流和辐射。我们认为它们都是有方向性的。 导热 导热是依靠物体内部分子和原子碰撞来完成能量交换的。 我们可以这样考虑，两个不同温度的物 体是被 屏障 阁开的，如下图： 图 1: 导热传热 当屏障移开后，热原子碰撞冷原子，在碰撞中热原子将速度传递给冷原子；因此热原子将动能传递给冷原子。这种动能的传递被称为导热。 不同物质的导热速率是不同的，用导热系数来 表示。假想我们放置一个物体在两个不同温度的蓄水池之间，如下图： 图 2: 导热系数的测量 让我们现在来测量单位时间通过物体的热量。已知物体到横截面积的长度，物体的导热系数可表示为： 总热流量 =导热系数 *（面积 /长度） *水池温差 因此，对于给定温差，具有大的导热系数的物质，在单位时间内可以通过更多的热量，如铜，是热的良导体。相反，具有小的导热系数的物质就只能通过少量的热量，如混凝土，为热的不良导体。这就是为什么同时将一块铜和一块混凝土块扔进火 中，铜会更快的变的很热的原因。 相对于导热系数，通常还会用热阻来表示物体的导热能力，定义为： 热阻 =长度 /导热系数 某物质具有大的导热系数，根据定义，就有较小的热阻 ，为热的良导体。另一方面，物质具有小的导热系数就有大的热阻，为热的不良导体。好的热绝缘体就回有大的热阻。事实上，热阻用“ R”来表示（英单位）。 对流 对流是相对于分子的微观换热的一种从冷物体到热物体的宏观的运动，假设我们加热局部的空气，当这部分空气变热时，气体分子扩张，导致这部分气体密度小于周围没有被加热的冷空气密度，由于浮力热空气上升，这 种 热空气向冷空气的流动换热我们叫对流换热。 在炉子上加热一壶水是一个最好的对流换热的例子。 当刚刚点燃炉子的时候是依靠传热与壶底之间进行换热的， 然而当壶底有上升的气泡时，这些气泡实际上是底部热水向表面上升，因此壶底热水到上面冷水的换热是依靠对流来完成的。同时，冷水由于密度大，就会向下流动，这种对流如下图： 图 3: 沸水对流换热 我们认为对流的两部分是被隔开的，一部分有稍高一点的压力，之后将搁板拿开，如下图： 图 4: 不同压力物质流 当隔板拿开后，高压力的物质（高密度）将流向低压力物质（低密度）的部分 。如果低压力的部分最开始是热的物质，我们可以看到物体对流的运动。 辐射 第三个也是最后一个换热的方式是辐射换热，辐射涉及到光（包括可见光和不 可见光）。辐射是不同于对流和导热的热交换方式，如太阳通过真空区域向地球的辐射换热。 通常热是可以发光的，比如营火的光。光是一种带有能量的波， 可以不借助于任何的介质从一个地方传播到另一个地方。当光打到你身体时，波的能量就会转变成热，这就是为什么你坐在营火边感到暖和的原因。有些光是可以用肉眼看到的，然而大部分的光都是有更长波长的