高中物理使用辞典—热传递素材

1、【热质说】是在19世纪初期以前流行的一种对热的本性解释的学说。它认为“热”是一种没有质量，也没有体积的流质，称之为“热质”。含热质越多的物体，温度就越高，所以物体温度的高低是取决于热质的含量。它还认为热质可以渗入一切物体之中，热质可以从温度高的物体向温度低的物体流动。当时就有人发现热质说对摩擦生热等现象无法解释，而且是矛盾的。后来人们逐渐认识到热现象是与构成物质的微粒的运动相联系，热质并不存在。到19世纪中期有关热质说即被废弃。【热传递】亦称“传热”。物质系统间的能量转移过程。即内能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到同一物体邻近部分的过程，叫做“热传递”。内能永远自发地从温度

2、高的物体向温度低的物体传递。在所有条件都相同的情况下，两个物体温度相差越大，内能的传递速度也快，当冷热程度不同的物体互相接触时，热传递要进行到它们的温度相等时才会停止，即达到热平衡。一个物体不同部分的温度有差别，热传递在物体内部也要进行，直到温度相同为止。虽然参加热传递过程的物体的温度将发生这样或那样的变化，但传递的能量与温度的变化之间没有必然的联系。热传递的方式有三种：即对流、传导和辐射。这三种热传递的方式往往是伴随着进行的。【热接触】在两个系统相互接触时，在系统间发生了热量的传递，这种接触即称为热接触。【热平衡】当两个系统互相接触时，如有温度的差异，其各自的状态可能发生变化，一段时间后，不

3、再发生热量的传递，两系统将达到热平衡状态。这种热平衡是经过热传递出现的。某一系统，与外界接触时，其内部温度各处均匀，且与外界的温度相等，亦呈现热平衡。【热传导】亦称“导热”。是热传递三种基本方式之一。它是固体中热传递的主要方式，在不流动的液体或气体层中层层传递，在流动情况下往往与对流同时发生。热传导实质是由大量物质的粒子热运动互相撞击，而使能量从物体的高温部分传至低温部分，或由高温物体传给低温物体的过程。在固体中，热传导的微观过程是：在温度高的部分，晶体中结点上的微粒振动动能较大。在低温部分，微粒振动动能较小。因微粒的振动互相联系，所以在晶体内部就发生微粒的振动，动能由动能大的部分向动能小的部

4、分传递。在固体中热的传导，就是能量的迁移。在金属物质中，因存在大量的自由电子，在不停地作无规则的热运动。自由电子在金属晶体中对热的传导起主要作用。在液体中热传导表现为：液体分子在温度高的区域热运动比较强，由于液体分子之间存在着相互作用，热运动的能量将逐渐向周围层层传递，引起了热传导现象。由于热传导系数小，传导的较慢，它与固体相同，而不同于气体；气体依靠分子的无规则热运动以及分子间的碰撞，在气体内部发生能量迁移，从而形成宏观上的热量传递。【对流】是流体（液体和气体）热传递的主要方式。热对流指的是液体或气体由于本身的宏观运动而使较热部分和较冷部分之间通过循环流动的方式相互掺和，以达到温度趋于均匀的

5、过程。对流可分自然对流和强迫对流两种：自然对流是由于流体温度不均匀引起流体内部密度或压强变化而形成的自然流动。例如，气压的变化，空气流动，风的形成，地面空气受热上升，上下层空气产生循环对流等；而强制对流是因受外力作用或与高温物体接触，受迫而流动的，叫强制对流。例如，由于人工的搅拌，或机械力的作用（如鼓风机、水泵等），完全受外界因素的促使而形成对流的。【热辐射】热的一种传递方式。它不依赖物质的接触而由热源自身的温度作用向外发射能量，这种传热方式叫“热辐射”。它和热的传导、对流不同。它不依靠媒质而把热直接从一个系统传给另一系统。热辐射是以电磁波辐射的形式发射出能量，温度的高低，决定于辐射的强弱。温

6、度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，当温度为300时，热辐射中最强的波长在510-4厘米左右，即在红外区。当物体的温度在500以上至800时，热辐射中最强的波长成分在可见光区。例如，太阳表面温度为6000，它是以热辐射的形式，经宇宙空间传给地球的。这是热辐射远距离传热的主要方式。近距离的热源，除对流、传导外，亦将以辐射的方式传递热量。热辐射有时亦称红外辐射，波长范围约0.7微米到1毫米，为可见光谱中红光端以外的电磁辐射。关于热辐射，其重要规律有四个：基尔霍夫辐射定律、普朗克辐射分布定律、斯蒂藩玻耳兹曼定律、维恩位移定律。这四个定律，有时统称为热辐射定律。【保温瓶】此容器能使放置其中之物体保

7、持较长时间温度不变。它既可使开水的温度在一相当长的时间内保持不下降，又可使冰在一个相当长的时间内保持不熔化。保温瓶的玻璃和软木塞是热的不良导体，内、外瓶胆互不接触，防止热的传导。夹层间已被抽成真空，防止对流作用。在夹层的玻璃壁上镀一薄层银（实际镀的是水银），光亮面能把辐射出去的内能反射回来。因此保温瓶把传导、对流、辐射三种作用尽可能地减少，从而起到保温作用。【热绝缘】阻止或减少热能传递的任何方法谓之“热绝缘”。例如，用泡沫材料或锯末填充的空心墙或屋顶棚，起绝热作用。【热绝缘体】不易传热的材料，亦称热的不良导体。如石棉等很多材料都是多孔的或纤维状的固体，它们能把空气封闭在小孔内。气体不易导热，并

8、防止对流。瓷、纸、木头、玻璃、皮革等是热的不良导体。羊毛、棉花、软木、除水银外的液体、以及气体等都是热的绝缘体。【导热体】具有相当高热导性能的材料。一般情况下各种金属都是良好的导热体，最善于传热的是银。【热动平衡】当系统处于平衡状态时，其宏观物理性质是不随时间变化的，但从微观方面来看，组成系统的粒子却处于永不停息的热运动之中。在热力学中的平衡是动的平衡，故称作“热动平衡”。例如，若将两个处于不同温度的铜块放在一起，将发生热量的传递，直到两个物体的温度相同时，这两个物体就处于热平衡。液体与其相接触的饱和蒸气处于平衡状态。从宏观上看，压强、密度、温度等是不变化的。在这种情况下，分子仍在从液态变成气

9、态，同时分子以同样速率从蒸气回到液体。因此称这种类型的平衡为热动平衡。【红热】系统的大量微观粒子（分子、原子等）的混乱运动，即组成宏观物体或系统的大量微观粒子的无规则运动。这种形式的运动越剧烈，那么，由这些微观粒子所组成的物体或系统就越热。随着温度升高，物体开始发出可见光，首先是波长较长的红色部分，由暗红色逐渐变成橙红色。处于这种红热状态的物体，温度为5001200之间。温度再升高，物体将由红热转换为白炽状态。物体受热达到红光的状态称为红热。【白热】系统的温度升高到12001500时，系统所发出的可见光中除波长较长的红、黄色光外，还有较多的绿、蓝色波长较短的光，呈现耀眼的白光。此时系统处于白炽

10、状态。这种状态谓之白热。参见“红热”条。【热膨胀】物体因温度改变而发生的膨胀现象叫“热膨胀”。通常是指外压强不变的情况下，大多数物质在温度升高时，其体积增大，温度降低时体积缩小。在相同条件下，气体膨胀最大，液体膨胀次之，固体膨胀最小。也有少数物质在一定的温度范围内，温度升高时，其体积反而减小。因为物体温度升高时，分子运动的平均动能增大，分子间的距离也增大，物体的体积随之而扩大；温度降低，物体冷却时分子的平均动能变小，使分子间距离缩短，于是物体的体积就要缩小。又由于固体、液体和气体分子运动的平均动能大小不同，因而从热膨胀的宏观现象来看亦有显著的区别。【膨胀系数】为表征物体受热时，其长度、面积、体

11、积变化的程度，而引入的物理量。它是线膨胀系数、面膨胀系数和体膨胀系数的总称。【固体热膨胀】固体热膨胀现象，从微观的观点来分析，它是由于固体中相邻粒子间的平均距离随温度的升高而增大引起的。晶体中两相邻粒子间的势能是它们中心距离的函数，根据这种函数关系所描绘的曲线，如图2-6所示，称为势能曲线。它是一条非对称曲线。在一定温度下，粒子在平衡位置附近振动、具有的动能为EK，总能量为EK与相互作用能EP之和，它在整个运动过程中是守恒的。图中，粒子间最接近的距离是r，最远的距离是r。由于距离减小所引起的斥力增长比由于距离增大所引起的引力下降快的多，因而粒子间接近的距离与粒子间远离的距离关系是r0rr-r0

12、所以两相邻粒子中心的平均距离为变的情形。由此可见，当晶体温度升高，粒子热振动加剧，体积膨胀。【固体的线膨胀】由于固体随温度的变化而变化，当温度变化不太大时，在某一方向长度的改变量称为“固体的线膨胀”。例如，一细金属棒受热而伸长。固体的任何线度，例如，长度、宽度、厚度或直径等，凡受温度影响而变化的，都称之为“线膨胀”。【线膨胀系数】亦称线胀系数。固体物质的温度每改变1摄氏度时，其长度的变化和它在0时长度之比，叫做“线膨胀系数”。单位为1/开。符号为l。其定义式是即有lt=l0（l+lt）。由于物质的不同，线膨胀系数亦不相同，其数值也与实际温度和确定长度l时所选定的参考温度有关，但由于固体的线膨胀

13、系数变化不大，通常可忽略这种变化，而将当作与温度无关的常数。【固体的面膨胀】当固体的温度变化不大时，其表面积随温度的升高而增大，这一现象叫“固体的面膨胀”。遵循的规律为：St=S0（1+st）式中s为面膨胀系数，单位是1/开，其量值为s2。【固体的体膨胀】当固体的温度变化不大时，其体积随温度的升高而增大，这一现象叫“固体的体膨胀”。【体积膨胀系数】或称“体胀系数”。无论物质是哪种（固体、液体或气体）形态的变化，都称之为体膨胀。当物体温度改变1摄氏度时，其体积的变化和它在0时体积之比，叫做“体积膨胀系数”。符号用表示。设在0时物质的体积为V0，在t时的体积为Vt，则体胀系数的定义式为即有Vt=V

14、0（1+t）。由于固体或液体的膨胀系数很小，为计算方便起见，在温度不甚高时，可直接用下式计算，无需再求0时的体积V0V2=V11+（t2-t1）。式中V1是在t1时的体积，V2是在t2时的体积。这一式只适用于固体或液体，因为气体物质的膨胀系数值较大，不能运用此式。【液体热膨胀】液体是流体，因而只有一定的体积，而没有一定的形状。它的体膨胀遵循Vt=V0（1+t）的规律，是液体的体膨胀系数。其膨胀系数，一般情况是比固体大得多。【气体的热膨胀】气体热膨胀的规律较复杂，当一定质量气体的体积，受温度影响上升变化时，它的压强也可能发生变化。若保持压强不变，则一定质量的气体，必然遵循着Vt=V0（1+t）的

15、规律，式中的是气体的体膨胀系数。盖吕萨克定律，反映了气体体积随温度变化的规律。这一定律也可表述为：一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度每升高（或降低）1，增加（或减小）的体积等于它在0时体【反常膨胀】一般物质由于温度影响，其体积为热胀冷缩。但也有少数热缩冷胀的物质，如水、锑、铋、液态铁等，在某种条件下恰好与上面的情况相反。实验证明，对0的水加热到4时，其体积不但不增大，反而缩小。当水的温度高于4时，它的体积才会随着温度的升高而膨胀。因此，水在4时的体积最小，密度最大。湖泊里水的表面，当冬季气温下降时，若水温在4以上时，上层的水冷却，体积缩小，密度变大，于是下沉到底部，而下层的暖水就升到上层

16、来。这样，上层的冷水跟下层的暖水不断地交换位置，整个的水温逐渐降低。这种热的对流现象只能进行到所有水的温度都达到4时为止。当水温降到4以下时，上层的水反而膨胀，密度减小，于是冷水层停留在上面继续冷却，一直到温度下降到0时，上面的冷水层结成了冰为止。以上阶段热的交换主要形式是对流。当冰封水面之后，水的冷却就完全依靠水的热传导方式来进行热传递。由于水的导热性能很差。因此湖底的水温仍保持在4左右。这种水的反常膨胀特性，保证了水中的动植物，能在寒冷季节内生存下来。这里还应注意到，冰在冷却时与一般物质相同，也是缩小的。受热则膨胀，只有在0到4的范围内的水才显示出反常膨胀的现象来。【复合金属板】由两种不同

17、金属（铜片和铁片）组成长度相同的物体，将它们铆钉在一起，在室温情况下是直的。当温度升高后，它们将发生弯曲。在这种情况下，虽然两种金属温度上升是相同的，但由于它们的线膨胀系数不同，所以两种金属伸长的量不相等，因而发生弯曲。这种金属板称为复合金属板。利用双金属片的特性，可制成金属温度计，或自动调节温度电路的触点。日光灯电路中的起辉器就是用它来作起动开关的。【伸缩管】在温度变化较大的管道上连接伸缩管或波纹管，是一种保护措施。由于固体在热胀冷缩时，长度的变化量虽然不大，但对妨碍它发生形变的物体，却有巨大的作用力。例如，截面积为1厘米2、长度为1米的钢条，当温度升高40时，伸长只有约0.0005米。如果

18、不让它伸长，它就会对限制它的物体产生104牛顿的作用力。横截面积越大，作用力也越大。为此在工程技术上对于热膨胀所产生的力，应预先考虑，采取必要的措施。例如，钢制桥梁必须把一端架置在活动支座上，使桥梁能自由伸缩。又如在铺设铁轨时，也都是分段留有膨胀余地。【金属温度计】利用一种呈弧形的双金属片在温度变化的影响下，双金属片带动指针偏转，用以指示或自动记录温度的变化。【温度调节器】它是用来保持恒温的装置。如图2-7所示的是一种温度调节器的构造原理。弧形的双金属片C由于温度的改变促使其伸展或更加弯曲。在C的自由端固定一块金属板L，在C受热膨胀而伸展时，L与接触点相接触；当温度降低时，C将更加弯曲，L与K离开。若将L与K串接在