玻璃心学习日志（课堂篇---五下） [复制链接]

热

    热是组成物质的大量分子、原子无规则的运动。热与能紧密相关。其他形式的能可以转变为热能，热能也能转变成其他形式的能。

    历史上对热的认识，出现过两种对立的观点。18世纪出现过热质说，把热看成是一种不生不灭的流质，一个物体含有的热质多，就具有较高的温度。与此相对立的是把热看成物质的一种运动形式的观点，俄国科学家罗蒙诺索夫就指出热是分子运动的表现。

    针对热质说不能解释摩擦生热的困难，许多科学家进行了各种摩擦生热的实验，特别是朗福德的实验，他用钝钻头钻炮筒，因钻头与炮筒内壁摩擦，在几乎没产生碎屑的情况下使水沸腾;1840年以后，焦耳做了一系列的实验，证明热是同大量分子的无规则运动相联系的。焦耳的实验以精确的数据证实了迈尔热功当量概念的正确性，使人们摒弃了热质说，并为能量守恒定律奠定了实验基础。与此同时，热学的两类实验技术一测温术和量热术也得到了发展。

    热学理论有两个方面，一是宏观理论，即热力学;一是微观理论，即统计物理学。这两个方面相辅相成，构成了热学的理论基础。

热运动

    热运动是指构成物质的大量分子、原子等所进行的不规则运动。证明液体、气体分子做杂乱无章运动的最著名的实验，是英国植物学家布朗发现的布朗运动。1827年，布朗把藤黄粉放人水中，然后取出一滴这种悬浮液放在显微镜下观察，他奇怪地发现，藤黄的小颗粒在水中像着了魔似的不停运动，而且每个颗粒的运动方向和速度大小都改变得很快，好像在跳一种乱七八糟的舞蹈。就是把藤黄粉的悬浮液密闭起来，不管白天黑夜，夏天冬天，随时都可以看到布朗运动，无论观察多长时间，这种运动也不会停止。在空气中同样可以观察到布朗运动，悬浮在空气里的微粒(如尘埃)，也在跳着一种杂乱无章的舞蹈。发生布朗运动的原因是组成液体或者气体的分子本性好动。比如在常温常压下，空气分子运动的平均速度是500米/秒，在1秒钟里，每个分子要和其他分子相撞500亿次。好动又毫无规律的分子从四面八方撞击着悬浮的小颗粒，综合起来，有时这个方向撞击力大些，有时那个方向撞击力大些，结果小颗粒就被迫做起忽前忽后、时左时右的无规则运动来了。
    分子热运动的典型现象是分子扩散。气体扩散的现象是最明显的了:比如生活中香味的扩散，茉莉花一旦开了花，全家甚至邻居都可以闻到扑鼻香气;鱼、肉腐烂了，会弄得周围臭气熏天。组成液体的分子也很好动:比如，在一杯清水里滴人一滴墨水，墨水就会慢慢散开，和水完全混合。这表明一种液体的分子进人到另一种液体里去了，或者说液体分子在不停地运动。固体分子，同样也不很安分守己:比如把表面非常光滑洁净的铅板紧紧压在金板上面，几个月以后就可以发现，铅分子跑到了金板里，金分子也跑到了铅板里，有些地方甚至进人1毫米深处。如果放置5年以上，金和铅就会连在一起，它们的分子互相进人大约1厘米。再比如长期存放煤的墙角和地面，有相当厚的一层都变成了黑色，就是煤分子进人的结果。

热量

    热量是由于物体间或者物体各个部分存在温度差别而在它们之间转移的能量。温度较高的物体放出能量，温度较低的物体吸收能量。热量总是从高温物体传到低温物体，或者由同一物体的高温部分传到低温部分。热量的单位是焦耳。

热传递

    热传递又称“传热”，是指热量从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分的过程。热传递通过热传导、对流和热辐射三种方式实现。在实际的传递过程中，这三种方式往往是伴随着进行的。

热传导

    热传导又称“传导”，是固体中热传递的主要方式。是指在没有物质迁移的情况下，热量从物体的一部分传递给另一部分，或者从一个物体传递到另一个物体的过程。物体温度较高部分的分子具有较大的平均动能，这些分子由于碰撞而把本身的一部分动能传递给了温度较低部分的分子，使后者的平均动能增加而变热。

    各种物体的导热性能不同。固体中金属导热性能最好，常用作传热的材料。羊毛、棉花、石棉、软木等物质不容易导热，常用作热绝缘材料。液体除了水银和熔化的金属外，导热性能很差。气体的热传导性能更差。

热对流

    热对流是指依靠液体或者气体本身的流动而传热的过程，是热传递的一种方式。烧水时，水壶底部的水受热体积膨胀，密度变小而上升;上部冷水密度大而下降，引起水的上下循环流动。大气因下层受热而引起气流上下循环流动。这些因温度不均匀引起密度或压强的差别而自然产生的对流，称为“自然对流”。依靠外力推动气体或者液体内作相对循环运动而产生的对流，称为“压强对流”。例如，在某些发动机中，冷却装置里的水就是水泵来强迫它作循环流动的。

热辐射

    热辐射是指物体以电磁波形式向外发射能量的过程，热传递的方式之一。物体所辐射的电磁波波长随温度而变，温度较低时，主要是不可见的红外辐射;在500°C以上，则逐渐发射较强的可见光，直至紫外辐射。此外，物体温度越高辐射越强;表面越黑暗、粗糙，辐射也就越强。

    由于热辐射既不是靠液体或气体的流动，也不是靠分子之间的碰撞，因此在真空中也可以进行。

热膨胀及其应用

    在压力不变的情况下，物体因温度升高而增加其体积的现象，称为热膨胀。

    一般物体在受热时，温度升高、体积膨胀，遇冷时，温度降低，体积收缩，称之为热胀冷缩。

    物体热胀冷缩的原理，被人们广泛应用在日常生活和生产中。乒乓球被踩瘪了，浸人开水里烫一下，球内的空气受热膨胀，压力变大，就会让乒乓球重新鼓起来;烧开水里，壶里的水不能装得太满，防止水受热膨胀溢出来;铺设铁轨时，铁轨之间留下一定的空隙，使铁轨在夏天受热时有膨胀的余地;夏季安装高压输电线时，电线不能拉得太紧，让电线有伸缩的余地，否则天一冷电线收缩，就会绷断，造成事故。

    在相同的温度变化下，固体、液体、气体的热胀冷缩程度是不同的，一般固体膨胀最小，液体较大，气体最大。

    也有一些事物，它们的热膨胀有它的特殊性，比如水在4 °C以上是热胀冷缩，但在0°C到4°C之间却是热缩冷胀，这是水的反常膨胀。这样，水在4°C时体积是最小的，密度是最大的。

水冷胀热缩的原理

    物质的密度由物质内分子的平均间距决定。对水来说，由于水中存在大量单个水分子，也存在多个水分子组合在一起的缔合水分子，而水分子缔合后形成的缔合水分子的分子平均间距变大，所以水的密度由水中缔合水分子的数量、缔合水分子中单个水分子个数决定。

    具体地说，水的密度由水分子的缔合作用、水分子的热运动两个因素决定。

    当温度升高时，水分子的热运动加快、缔合作用减弱;当温度降低时，水分子的热运动减慢、缔合作用加强。综合考虑两个因素的影响，便可得知水的密度变化规律。

    水凝固成冰、雪、霜时，水分子的排列比较“松散”，雪、冰的密度比较小。将冰熔化成水，缔合水分子中的一些氢键断裂，冰的晶体消失。0°C的水与0°C的冰相比，缔合水分子中的单个水分子数日减少，分子的间距变小、空隙减少，所以0°C的水比0°C的冰密度大。

    在水温由0°C升至4°C的过程中，由缔合水分子氢键断裂引起水密度增大的作用，比由分子热运动速度加快引起水密度减小的作用更大，所以在这个过程中，水的密度随温度的增高而加大，为反常膨胀。水温超过4°C时，由于水中缔合数大的缔合水分子数日比较小，氢键断裂所造成水密度增加的影响较小，水密度的变化主要受分子热运动速度加快的影响，所以在水温由4°C继续升高的过程中，水的密度随温度升高而减小，即呈现热胀冷缩现象。在4°C时，水中双分子缔合水分子的比例最大，水分子的间距最小，水的密度最大，水的体积最小。