热传导

热传导(或热传导)是指当一个物体与另一个具有不同温度的物体相互接触时,热量从该物体移动到另一个物体。例如,我们可以通过接触热水瓶来温暖我们的双手。当冰冷的手接触热水瓶时,热量从较热的物体(热水瓶)流向较冷的物体(手)。人们制造的东西具有不同的导热性,例如用来加热东西的炊具或用来保持热的东西或冷的东西的绝缘容器。

传递热量的其他方式是通过热辐射和/或对流。通常情况下,这些过程中的一个以上同时发生。



通过触摸热水瓶,我们通过传导获得热量。Zoom
通过触摸热水瓶,我们通过传导获得热量。

显微镜下的解释

原子理论中,固体液体气体是由称为 "原子 "的微小颗粒组成的。材料的温度衡量原子运动的速度,热量衡量由于原子振动而产生的能量总量。

当材料的一个部分被加热时,就会发生传导。这一部分的原子振动得更快,更有可能撞到它们的邻居。碰撞导致这些原子也快速移动,将热能传递给它们。通过这种方式,能量在固体中流动(就像能量沿着一组翻滚的多米诺骨牌流动一样)。

原子图也有助于解释为什么传导在固体中更为重要:在固体中,原子紧紧靠在一起,无法移动。在液体和气体中,粒子可以互相移动,所以碰撞不那么常见。



热传导定律

热传导定律,也被称为傅里叶定律,意味着在时间上,通过材料的热传递率与温度的负梯度和与该梯度成直角的面积成正比,而热量是通过该梯度流动的。

∂ Q ∂ t = - k S ∇ T ⋅ d S {\displaystyle {frac {partial Q}{partial t}=-k\oint _{S}{nabla Tcdot \,dS}}. {\frac {\partial Q}{\partial t}}=-k\oint _{S}{\nabla T\cdot \,dS}

其中。

Q是转移的热量,以及

t是所花的时间,和

k是材料的热导率'和

S是热量流经的面积,和

T是温度。

热导率通常随温度变化,但对于一些常见的材料,在相当大的温度范围内,其变化可能很小。



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线性热流

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问题和答案

问:什么是热传导?
答:热传导是指温度不同的两个物体相互接触时热量的传递。

问:相同温度的物体之间会发生热传导吗?
答:不能,热传导只发生在温度不同的物体之间。

问:什么是热传导的例子?
答:热传导的一个例子是用手触摸热水瓶取暖。当较冷的手接触到较热的水瓶时,热量就会从较热的物体流向较冷的物体。

问:有哪些材料具有不同的导热性?
答:炊具可以用导热系数不同的材料制成,盛放冷热物品的隔热容器也可以用导热系数不同的材料制成。

问:除了传导,还有其他传热方式吗?
答:有,热量还可以通过辐射和对流传递。

问:所有热传递过程都是单独进行的吗?
答:不是,通常不止一个热传递过程(传导、辐射和对流)会同时发生。

问:热传递可以在真空中发生吗?
答:是的,辐射传热可以在真空中发生。太阳的热量就是这样到达地球的。

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