在物理学中,“热”的概念与不同物体之间的热能传递有关。由于这些过程,发生了物体的加热和冷却,以及它们的聚集状态的变化。让我们更详细地考虑一下什么是热的问题。
概念概念
什么是热?每个人都可以从日常生活的角度来回答这个问题,这意味着在所考虑的概念下,他在环境温度升高时的感觉。在物理学中,这种现象被理解为与形成身体的分子和原子的混沌运动强度的变化相关的能量转移过程。
一般来说,可以说体温越高,体内储存的内能越多,能给其他物体的热量也就越多。
热量和温度

知道什么是热这个问题的答案,很多人可能会认为这个概念类似于“温度”的概念,其实不然。热量是动能,温度是对此的量度活力。因此,热传递过程取决于物质的质量、组成它的粒子数量、这些粒子的类型和它们的平均运动速度。反过来,温度只取决于最后列出的参数。
热量和温度的区别,做一个简单的实验就很容易理解了:你需要将水倒入两个容器中,一个容器是满的,另一个容器是半满的。将两个容器都放在火上,可以观察到水少的容器首先开始沸腾。为了让第二个容器沸腾,它需要更多的热量来自火。当两个容器都沸腾时,您可以测量它们的温度,它会是相同的(100 oC),但是需要更多的热量才能将整个容器中的水煮沸。
热量单位

根据物理学中热的定义,可以猜想它是用与能量或功相同的单位来衡量的,也就是以焦耳(J)为单位。除了热量的主要单位外,在日常生活中你经常可以听到卡路里(kcal)。这个概念被理解为需要传递给一克水以使其温度升高 1 开尔文 (K) 所需的热量。一卡等于4.184焦耳。你也可以听到大卡和小卡,分别是1大卡和1卡。
热容量的概念
知道什么是热,让我们考虑一个直接表征它的物理量--热容量。在这个概念下,物理学是指为了使物体的温度改变 1 开尔文 (K) 而必须给予或从物体吸收的热量。
特定身体的热容量取决于2个主要因素:
- 关于呈现身体的化学成分和聚集状态;
- 他的质量。
为了使这一特性与物体的质量无关,在热物理学中引入了另一个量 - 比热容,它决定了给定物体每 1 kg 物体传递或吸收的热量当温度变化 1 K 时它的质量。
为了清楚地显示不同物质的比热容差异,例如,取1克水、1克铁和1克葵花籽油加热。铁样的温度变化最快,油滴次之,水最晚。
注意,比热容不仅取决于物质的化学成分,还取决于它的聚集状态,以及它所考虑的外部物理条件(恒压或恒体积).
传热过程的主要方程

解决了热是什么的问题后,我们应该给出一个主要的数学表达式来描述它对于任何处于任何聚集状态的物体的转移过程。该表达式的形式为:Q=cmΔT,其中 Q 是传递(接收)的热量,c 是相关物体的比热,m -它的质量,ΔT是绝对温度的变化,定义为传热过程结束和开始时的体温差。
重要的是要理解,在所考虑的过程中,当物体保持其聚集状态时,上述公式将始终有效,即它仍然是液体、固体或气体。否则不能使用等式。
物质聚合状态的变化

如你所知,物质可以有3种主要聚合状态:
- gas;
- 液体;
- 实体。
为了发生从一种状态到另一种状态的转变,身体需要通知或带走热量。对于物理学中的此类过程,引入了熔化(结晶)和沸腾(冷凝)比热的概念。所有这些量决定了改变聚合状态所需的热量,聚合状态释放或吸收 1 公斤体重。对于这些过程,等式是有效的:Q=Lm,其中 L 是物质状态之间相应转变的比热。
以下是改变聚合状态过程的主要特点:
- 这些过程在恒温下进行,例如沸腾或熔化。
- 它们是可逆的。例如,一个给定的物体为了融化而吸收的热量将完全等于如果这个物体再次通过时释放到环境中的热量到固态。
热平衡

这是另一个需要考虑的与“温暖”概念相关的重要问题。如果两个不同温度的物体接触,那么一段时间后,整个系统的温度就会变平,变得相同。为了达到热平衡,温度较高的物体必须向系统散发热量,而温度较低的物体必须接受这种热量。描述此过程的热物理定律可以表示为主要传热方程和确定物质聚合状态变化的方程(如果有)的组合。
自发建立热平衡过程的一个显着例子是一根烧红的铁棒被扔进水中。在这种情况下,热熨斗会向水散发热量,直到水的温度等于液体的温度。
传热的基本方法

人类已知的所有与热能交换相关的过程都以三种不同的方式发生:
- 导热系数。为了以这种方式发生热交换,两个不同温度的物体之间的接触是必要的。在局部分子水平的接触区,动能从热体转移到冷体。这种热传递的速率取决于相关物体的导热能力。导热性的一个显着例子是人类触摸金属棒。
- 对流。这个过程需要物质的运动,因此只能在液体和气体中观察到。对流的本质是:当气体或液体层被加热时,它们的密度降低,所以它们倾向于上升。在液体或气体体积增加的过程中,它们传递热量。对流的一个例子是在水壶中烧水的过程。
- 辐射。这种热传递过程是由于受热体发射各种频率的电磁辐射而发生的。阳光是辐射的主要例子。