热是人类须臾不能离开的能量,万物生长靠太阳,没有太阳的热能,就没有万物。古代人们钻木取火,利用热能,发现与火源距离不同,感觉冷热就不同。墨子指出,鸟遇热则高飞,鱼遇热则深潜。
用现在的话来说,不同位置间有温度差别。热能通过传导,对流或辐射把能量从热的地方向冷的地方转移。从而增加了较冷地方原子的内能,提高了它们的温度,同时降低了较热地方原子的能量,直到空间达到热平衡为止。
传导是固体中热能转移的主要途径。在好的导体中,如银,铜,金,热能转移是快的,它主要是由于自由电子运动转移能量。人们在制作绿豆粉皮时,将绿豆粉浆倒入铜做的旋子,在烧开的水上面快速旋转,一个厚薄均匀的圆形粉皮就做成了。这里利用了铜的热导系数大,各处很快达到相同温度的特点。在绝缘体中,如木头,大多数液体和气体,它们是不良导体,没有自由电子,它们传导过程是非常慢的,热能仅由临近原子的振动和碰撞的传导转移热能。
对流是液体和气体热量转移的主要途径。假如液体或气体加热,它将膨胀,并将产生热的较低密度上升,而较冷的密的液体或气体则下降。所以产生对流。如在白天陆地加热快于海洋,陆地热空气上升,较冷空气从海洋吹向陆地。
烧饭过程热能转移主要是对流和热传导,在开始煮饭时,大火以对流为主,热传导为辅转移热能,烧开后饭的黏度增加,流动性降低,对流和热传导降低,如果继续大火,下面热量不能很好传到上面,下面饭就会糊,上面饭则会夹生,因此要用小火,以便于热量缓慢转移和温度平衡。
辐射是没有介质参与过程中任何部分的从较热到一个较冷位置的转移热能的途径。它不像传导和对流,即使在真空中也可产生。辐射也通常指热能本身,换言之为众所周知的辐射热能。它具有电磁波形式,主要是红外辐射。当这些波落到一个物体上,它们能量有些被吸收,增加物体的内能,和提高它们的温度。
人们常用的太阳能热水器,太阳能收集板固定在屋顶,它们可以吸收来至太阳的辐射。太阳辐射通过玻璃盖板,为黑色吸收板吸收。加热铜管里的水,管子带着加热的水到储存槽,提供人们使用。玻璃盖板可阻挡黑色吸收板的红外辐射逃出,而保温。
日常使用的热水瓶,它要保持热水瓶内的水温,它是一个包含双层壁玻璃的容器,壁之间抽成真空,以阻止传导和对流引起的热能转移,壁的光亮表面减小了辐射转移。瓶盖采用绝缘的软木塞阻止热量的损失,从而保证热水瓶内长时间的恒温。
当辐射陷入一个封闭区域时,就产生加热效应,例如通常用的温室。温室内的物体吸收太阳辐射,再发出较低能量的辐射(红外辐射)不能通过玻璃返回。从而使温室温度增高。大气中二氧化碳形成类似的屏障,随着二氧化碳量的增加,地球会慢慢变热。
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