热传递

热传递有三种类型,包括传导、对流和辐射。

热传导。当高温物体与低温物体接触时,能量会从高温物体传递到低温物体。增加的能量使构成物体的原子和分子运动得更快。运动过程中,分子具有动能(EK = ½ mv² )。运动速度更快的分子(具有更大的动能)会与相邻的分子碰撞。这些分子随后又会与相邻的其他分子碰撞。如此往复。分子之间相互碰撞,从而传递能量。通过构成物体的分子间碰撞发生的热传递称为热传导。热传导通常发生在固体之间,或从固体到液体(从液体到固体),或从固体到气体(从气体到固体)。

对流是一种热传递方式。对流通常发生在液体(例如水)和气体(例如空气)中。对流是指物体由于密度变化而运动,并伴随热量传递的过程。物体的密度变化是由于其体积变化。物体的体积变化是由于物体吸收了一定量的热量。

热传递主要通过辐射进行。辐射是指以电磁波形式传递热量。例如,人体靠近炉灶时感受到的温暖以及太阳向地球辐射的热量,都是辐射的例子。太阳的温度较高(约6000开尔文),而地球的温度较低。太阳和地球之间的温差使得热量从太阳(温度较高)传递到地球(温度较低)。如果太阳向地球的辐射需要介质(例如传导和对流),那么热量就无法到达地球,因为它必须穿过真空。

问题示例

1. 2015/2016学年高中/硕士物理全国统考试题第19题

如图所示,两根尺寸相同但材质不同的金属棒连接在一起。如果金属 I 的热导率是金属 II 的 4 倍,那么两金属连接处的温度为……

一个45oC2016年全国高中物理考试讨论 - 47

B. 40摄氏度

C. 35摄氏度

D. 30摄氏度

E. 25摄氏度

讨论

已知:

金属的热导率 I = 4k

金属 II 的热导率 = k

金属边缘温度 I = 50摄氏度

金属边缘温度 II = 0摄氏度

问:两种金属连接处的温度是多少?

回答 :

热传导速率的计算公式:

2016年全国高中物理考试讨论 - 48

说明:Q/t = 传热速率,k = 热导率,A = 表面积,T1 - T2 =温度变化,l = 杆的长度

2016年全国高中物理考试讨论 - 49

两种金属的尺寸相同,因此从等式中移除 A 和 l。

2016年全国高中物理考试讨论 - 50

正确答案是 B。

2. 2015/2016学年高中/硕士物理全国统考试题第19题

下图显示了不同类型的金属棒 A 和 B 在一端连接在一起。

两根杆的横截面积相同,但A杆的长度是B杆的两倍,A杆的热导率是B杆的3倍。如果A杆和B杆的自由端分别处于不同温度,那么连接处的确切温度为……

一个60oC2016年全国高中物理考试讨论 - 51

B. 64摄氏度

C. 70摄氏度

D. 76摄氏度

E. 78摄氏度

讨论

已知:

杆A的热导率=3k

杆B的热导率=k

杆A的长度 = 2l

杆 B 的长度 = l

杆A边缘的温度 = 100 ℃

杆B边缘的温度 = 40 ℃

问:两根杆连接处的温度

回答 :

热传导速率的计算公式:

2016年全国高中物理考试讨论 - 52

说明:Q/t = 传热速率,k = 热导率,A = 表面积,T1 - T2 =温度变化,l = 杆的长度

2016年全国高中物理考试讨论 - 53

两根杆的横截面积相同,因此 A 从方程中移除。

2016年全国高中物理考试讨论 - 54

正确答案是D。

3. 2014/2015学年高中/硕士物理全国统考试题第14题

请注意以下声明:

(1)金属导电性

(2)金属端部之间的温差

(3)金属的长度

(4)金属质量

决定金属中热传播速率的因素有……

A. (1)、(2) 和 (3)2015年全国高中物理考试讨论 - 38

B. (1) 和 (4)

C. (2) 和 (4)

D. (3) 和 (4)

E. (4) 仅

讨论

金属中的热传递方式为热传导。热传导速率的计算公式为:

2015年全国高中物理考试讨论 - 37

说明:Q/t = 传热速率,k = 热导率,A = 表面积,T1 - T2 =温度变化,l = 杆的长度

正确答案是 A。