热的性质与热传递是什么？

Answer 1

热平衡状态

几个原先温度不同的物体放在一起后，温度高的物体逐渐变冷，温度低的物体逐渐变热，最后它们的温度趋于相同，我们就说它们处于热平衡状态。就是同一个物体，如果它内部各部分的温度原先不同，经过一段时间后，各部分温度趋于一致，也叫处于热平衡状态。

例如，在半杯冷水中倒进小半杯热水，过一会儿，都变成温水了。又如有一根小铁棒，将它的一头放在火上烧一会儿，它的一头就变热了，另一头温度要低，但过不多久，整根铁棒的温度就一样了。如果再多放些时候，铁棒和周围空气的温度也将趋于一致。从分子运动论的角度来看，原先温度高的物体内部分子的平均速度大，原先温度低的物体分子平均速度小，让它们互相进行接触，它们的分子就会发生相撞，结果原先速度大的分子撞了其他分子后速度变小了，而原先速度小的分子被撞得速度变大了，大量的分子撞来撞去，最后使各处的分子平均速度都差不多，物体之间的温度也就相同了。

任何温度不同的物体放在一起，总会自动地趋于热平衡状态，相反，要使原先温度相同的物体变得冷热不一样，则要用其他方法，像用火来加热、用力摩擦等。

热胀冷缩

热膨胀指物体在温度升高时，它的长度增长、面积扩大、体积膨胀的现象；而当温度下降时，物体的长度就缩短、面积缩小、体积也收缩，这种现象通俗地讲是热胀冷缩。

冬天，路边电线杆之间的电线拉得比较紧，但到了夏天，电线因温度升高而变长，便松弛地垂了下来。如果哪个冒失的架线工，为了节省电线，在夏天把电线拉得紧紧的，那么，到了寒冷的冬天，电线非绷断不可。法国的塞纳河上有一座桥，原先桥的两头是固定在桥墩上的，有一年冬天，气温骤然下降，桥梁收缩得厉害，结果把桥墩上的水泥也被拉坏了。所以，钢铁大桥的一头是固定的，另一头则放在滚子上，让它可以随着桥梁伸缩移动。用水泥铺成的公路上，每隔一段距离就留有一小段空隙，以备水泥膨胀之用。同样道理，铁路的钢轨不是一根根紧密相连，在两根之间留有一段空隙。

自然界中绝大多数的物体是热胀冷缩，但是也有反常的，像水从0℃升高到4℃时，它的体积反而缩小了，这叫反常热膨胀。水的这种反常性质救了许多水生动物的命，因为4℃的水体积最小，所以它一直沉在水底，上面的水结冰了，鱼类还可在下面的水中生存。正是由于水的这种特性，人们在冰天雪地的季节里，仍可以凿开河面的冰层，在水下捕到活蹦乱跳的鱼。

有人说，既然温度下降，物体的长度会缩短，那么不断降低温度，物体的长度不就会缩到零吗？这种担心是没有根据的，因为温度不可能永远降下去，自然界中的低温有一个极限，这就是绝对零度，即使到了绝对零度，物体长度仍不为零，何况温度不可能再低下去了。

热传递三方式

热从温度高的物体传到温度低的物体，或者从物体的高温部分传到低温部分，这种现象叫做热传递。

热传递是自然界普遍存在的一种自然现象。只要物体之间或同一物体的不同部分之间存在温度差，就会有热传递现象发生，并且将一直继续到温度相同的时候为止。

发生热传递的惟一条件是存在温度差，与物体的状态、物体间是否接触都无关。热传递的结果是温差消失，即发生热传递的物体间或物体的不同部分达到相同的温度。

在热传递过程中，物质并未发生迁移，只是高温物体放出热量，温度降低，内能减少（确切地说是物体里的分子做无规则运动的平均动能减小）；低温物体吸收热量，温度升高，内能增加。因此，热传递的实质就是内能从高温物体向低温物体转移的过程，这是能量转移的一种方式。

热传递有三种方式：传导、对流和辐射。

热传导又叫“导热”，是固体中传热的一种主要方式。在这种传热过程中，热量从固体的一部分传到另一部分去，固体里的物质却没有移来移去。从分子运动论来看，在固体中，温度高的地方分子的平均速度大，分子比较活跃，它们相碰撞的机会多，分子撞来撞去，原先速度大的分子“累”了，速度降了下来，而原先速度小的分子被撞得活跃起来，速度变大了，这样使固体内部各处的分子平均速度趋向于相同。从宏观看，就是热量从温度高的地方传到温度低的地方去了。在这个过程中，传递的是分子的速度，或者说是热量，而不是热的地方的分子跑到冷的地方去，也不是什么“热的物质”传过去了。

用不同材料做成的物体，导热的本领是不一样的。用金属做的调羹，导热本领大，传热快；用瓷器做的调羹，传热的本领就要差一点；而用塑料做的调羹，传热本领还要差。冬天，穿厚厚的棉袄，很暖和，因为棉花传热的本领差，身体里的热量不容易散出去。而当把冰棍用棉被盖起来时，有人担心棉被里的冰棍会热得融化掉，这种想法是错的。因为，棉被不传热，起的是隔热作用，它既能使身体中的热量不容易传出去，也能使外面的热量不容易传进去融化冰棍。

对流是液体和气体中传热的一种主要方式，它是靠液体或气体的流动来传热的过程。在这种过程中，热量的传递是和物质的移动结伴而行的。由于热胀冷缩，温度高的液体体积大，密度小。也就是说，体积同样大小的液体热的轻一点，冷的重一点，于是热的液体要上升，冷的液体要下降，它们相互交换位置，同时把热量也带来带去，这就是对流。从分子运动论的角度看，冷热不同的液体互换位置时，速度大小不同的分子也在不断交换位置，最后使得液体中各处分子的平均速度趋向于一致，整个液体处于热平衡状态，对流过程也就结束了。气体中的情况和液体中差不多，冷热不同的气体交换位置就形成风，风将高温地方的热量带到低温地方去。夏天，为了使身上的热量快些散发出去，人们用扇子或风扇来制造风，加快热量的传递；而为了使冷热不同的饮料混在一起，人们还用搅拌的方法，加快饮料中的对流过程。

热辐射是传热的三种方式中的一种，指温度高的物体向周围发出带着热量的电磁辐射的过程。物体温度越高，辐射越强。如果物体的温度比周围环境的温度高，那么它发出的热辐射多，吸收的热辐射少，总的来讲，它是发出热辐射；如果物体温度比周围环境温度低，那么它发出的热辐射少，吸收的热辐射多，总的来讲，它是吸收热辐射。通过这种发射和吸收热辐射的方式，高温物体的热量就传到低温物体上去。与热传导、对流不同，热辐射能把热能以光的速度穿过真空，从一个物体传给另一个物体。任何物体只要温度高于绝对零度，就能辐射电磁波，波长为0.4～40微米范围内的电磁波（可见光与红外线）能被物体吸收而变成热能，故称为热射线。因电磁波的传播不需要任何媒质，所以热辐射是真空中惟一的热传递方式。例如，太阳传给地球的热能就是以热辐射的方式经过宇宙空间而来的。

蒸发和沸腾

液体表面发生汽化的现象叫做蒸发。液体内部和表面同时发生剧烈的汽化现象叫做沸腾。如果我们有孙悟空那样的本领，把身体缩得很小很小，钻到液体里面去看看，可以看到些什么情景？真想不到，液体的分子之间还有空隙。每个分子都在不断地做高速运动，当它碰撞到邻近的分子时，就立即被弹回来，忙忙碌碌，好像永远不会感到疲劳。在液体表面层的分子就更活跃了，它们在接触空气的那一面受到的阻碍作用较小。液体的每个分子的运动速率不同，有的很“强壮”，跑得很快；有的比较“衰弱”，跑得很慢。那些跑得快的分子很容易摆脱周围分子的束缚，跳到阻碍作用小的空气中去。如果盛液体的容器口敞开着，那么这些跳出来的分子就会逃之夭夭。这就形成了蒸发现象。如果我们把盛液体的容器盖上盖子，那些跑得快的液体分子就跑不掉了。空气中的液体分子混杂在空气分子中，有的碰撞到其他分子，又被弹回到液体表面，进入液体中。这时候容器里的液体表面上空非常热闹，有些液体分子刚从液体表面上跳出来，有些液体分子在空气中撞到其他分子又被弹回到液体里去。当从液体表面跳出的分子和弹回到液体里的分子数目相等时，就“停止蒸发”了。这就好像在一个蜂箱里有1000只蜜蜂，每分钟飞出50只，同时又从外面飞回50只，蜂箱里蜜蜂的总数既不增多，也不减少。与这里讲的“停止蒸发”，情况有些类似。其实并不是真正的停止，而是达到了“进出平衡”。

蒸发的时候，从液体表面跳出来的分子，都要达到相当大的速率，才能摆脱束缚。分子的运动速率越大，具有的能量也越大。这就要向四周吸取热量来增加分子运动的速率。所以液体蒸发时会使周围物体的温度降低。我们可以做一个小实验来证明，用电风扇对着一只温度计吹风，无论吹多长时间，温度计的读数不会下降。因为在同一房间里的气温都相同，空气流动形成的风的温度和原来的室温相同，所以温度计反映的温度不会发生变化。如果在温度计的泡上蘸一些水，不一会儿，温度计的读数就下降了。因为温度计的泡上水分蒸发，吸取了温度计泡的热量，使得温度下降。吹电风扇感到凉快，也是因为皮肤表面的水分在蒸发的缘故。如果人体的皮肤表面干得像没有水分的温度计一样，可以肯定，吹电风扇时一点也不会感到凉快。

任何情况下，液体的表面都在发生汽化。液体的内部会不会发生汽化呢？我们烧水的时候，当温度达到100℃，整个水壶中气泡翻滚，不但水的表面汽化，内部也有无数的气泡升到水面。我们习惯上说水开了。液体在一定温度时，它的内部和表面同时发生剧烈的汽化现象，这就叫做沸腾。各种液体沸腾时的温度——沸点各不相同。在一个大气压的条件下，液态空气在-193℃就沸腾了，水在100℃沸腾，铁水要达到2450℃才沸腾。液体的沸点和大气压有关，气压高，沸点也高；气压低，沸点也低。登山运动员如果用普通锅来煮鸡蛋，那非饿肚子不可。因为高山气压低，不到100℃水就开了，鸡蛋当然不容易煮熟。例如，在海拔2000米的高山上，水在93℃就沸腾了。所以在高山上就要请压力锅来帮忙。把水和鸡蛋密闭在压力锅里，压力锅加热时，锅内气压超过1个大气压，水的沸点就能达到100℃以上，鸡蛋很快就可以煮熟。

蒸发和沸腾都是液体的汽化现象，但是有区别：一是汽化的范围不同，蒸发是在液体表面发生的汽化现象；沸腾是在液体表面和内部同时发生的汽化现象。二是蒸发在任何温度下都可以发生；沸腾在一定的外界压强下，必须达到沸点才能发生。

红外线

红外线是太阳光线中众多不可见光线中的一种，由德国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外热辐射。他将太阳光用三棱镜分解开，在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计，试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现，位于红光外侧的那支温度计升温最快。因此得到结论：太阳光谱中，红光的外侧必定存在看不见的光线，这就是红外线。

太阳光谱上红外线的波长大于可见光线，波长为0.75～1000μm。红外线可分为三部分，即近红外线，波长为（0.75—1）～（2.5—3）μm之间；中红外线，波长为（2.5—3）～（25—40）μm之间；远红外线，波长为（25—40）～1000μm之间。