高中物理競賽教程：4.4《熱傳遞》

1、§4.4熱傳遞內(nèi)能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到同一物體的鄰近部分的過程叫熱傳遞。熱傳遞的方式有三種：對流、傳導(dǎo)和輻射對流 固、液、氣都能導(dǎo)熱，但在液體和氣體中還有另一種傳熱方式，就是流體中由于溫度不同的各部分相互混合的宏觀運動所引起的傳熱現(xiàn)象稱為對流。對流分自然對流和強迫對流。自然對流是由于流體存在溫差而引起密度差，較熱的流體密度小由浮力而上升，較冷的流體密度大而下沉，從而引起對流傳熱。強迫對流是通過人工方式如風(fēng)扇等來迫使流體流動的。熱傳導(dǎo) 物體或物體系由于各處溫度不同引起的熱量從溫度較高處傳遞到溫度較低處的現(xiàn)象叫熱傳導(dǎo)。它是固體中熱傳遞的主要形式，在氣體或液

2、體中，熱傳導(dǎo)過程往往和對流同時發(fā)生。從分子動理論的觀點看，溫度高處分子的平均熱運動能量大，溫度低處分子的平均熱運動能量小，于是通過分子間的相互碰撞，一部分內(nèi)能將從溫度高處傳遞到溫度低處。如果導(dǎo)熱體各點溫度不隨時間變化，這種導(dǎo)熱過程稱為穩(wěn)定導(dǎo)熱，在這種情況下，考慮長度為l，橫截面積為S的柱體，兩端截面處的溫度為，且，則熱量沿著柱體長度方向傳遞，在t時間內(nèi)通過橫截面S所傳遞的熱量為式中K為物質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)。固體、液體和氣體都可以熱傳導(dǎo)，其中金屬的導(dǎo)熱性最好，液體除水銀和熔化的金屬外，導(dǎo)熱性不好，氣體的導(dǎo)熱性比液體更差。石棉的熱傳導(dǎo)性能極差，因此常作為絕熱材料。熱輻射 物體因自身的溫度而向外發(fā)射能量，

3、發(fā)射出的是不同波長的電磁波，這種熱傳遞方式的特點是：1、不依靠氣體或液體的流動，又不依靠分子之間碰撞來傳導(dǎo)，因而在真空環(huán)境中也能進行；2、熱輻射與周圍物體的溫度高低是無關(guān)的。有一類物體，能在任何溫度下吸收所有的電磁輻射，其表面卻并不反射，這類物體稱為黑體。黑體是熱輻射理想的吸收體和發(fā)射體，例如太陽可近似看作黑體。黑體單位表面積的輻射功率為J與其溫度的四次方成正比，即式中，稱為斯忒藩常數(shù)。如果不是黑體，單位表面積的輻射功率J記為式中叫表面輻射系數(shù)，其值在0和1之間，由物體性質(zhì)決定。例：已知地球與太陽的半徑分別是，兩者相距，若地球與太陽均可看作黑體，估算太陽表面溫度。設(shè)太陽和地球的表面溫度分別是，

4、則太陽和地球發(fā)射的輻射功率太陽的輻射能只有一小部分落在地球表面上，其比例為。若不計地球本身的熱源，根據(jù)地球能量平衡，取得太陽表面溫度例 取一個不高的橫截面積是的圓筒，筒內(nèi)裝水0.6kg，在陽光垂直照射下，經(jīng)2min溫度升高1，若把太陽看成黑體，已知太陽半徑和地球到太陽的距離分別為和，并考慮到陽光傳播過程中的損失，地球大氣層的吸收和散射，水所能吸收的太陽能僅是太陽輻射能的一半，試估算太陽表面的溫度。(已知)解: 筒內(nèi)水所吸收的熱量 每平方米水面吸收熱功率 單位面積上的熱功率與距離平方成反比，即 斯忒藩公式 聯(lián)立得說明 由斯忒藩公式可知，要估算太陽表面的溫度，就應(yīng)先求出太陽表面每單位面積向外輻射電磁波的功率，