三、热能的传播
1、热的传播。
也叫做热的传递。热传递有三种方式:对流、传导和辐射。依靠流体的流动实现热传递的过程叫做对流,由于物体的冷重热轻,形成循环,有广泛的应用;传导是内能从一处转移到另外一处而物体没有流动的过程,实际上是物质的分子利用碰撞传递动能的过程。真空——抽出空气的空间,是最不善于导热的,即热传导能力很差。这是因为热传导是依靠分子的碰撞来实现的,真空里的分子很少,所以热传导几乎不能进行。传导是固体传递内能的唯一方式;辐射是借助电磁波来传递内能的方式,能够在真空里传播。
热传递的应用:热对流用于通风、暖房、冷却系统等,热传导用于安全灯,保温瓶充分利用了三种热传递作用。
炁学揭密解惑:热炁流的本质都是一样的,在不同的物体里有不同的传播现象。在固体内流动时表现为热传导,在流体内表现为热对流,在炁体内表现为热辐射。热炁流在物体内流动,不是靠分子传递的,而是在炁子内通过的。绝热材料(隔热材料)的物体炁子能够阻止热炁流的通过。在炁体内(西学认为是真空里),热炁流直接传播,没有受到任何的阻力作用。热炁流进入物体内,使物体内能提高(物体炁子增加),温度升高。
图4.94热炁流通过炁子通道传播
2、热辐射定律。
物体辐射有热辐射和非热辐射。非热辐射是热源质点远离热动平衡状态的辐射。许多新型天体(类星体、中子星、星际分子射电源、x射线源、r射线源等)都是这种辐射。热辐射是物体处于热平衡状态下的辐射,可以用温度表示。这样的辐射粒子的运动服从麦克斯韦分布规律。热辐射的典型代表是黑体辐射。一个良好的吸收体同时也是良好的辐射体。黑体就是一个理想的辐射体,也叫做绝对黑体、理想黑体,能够全部吸收所有照射它上面的辐射能。带小孔的空腔体近似于绝对黑体,恒星也近似于黑体。黑体辐射与温度有关,在一定温度下,黑体辐射所有的波长,但是波长的组成是不同的,某个波长的辐射强度最大。温度上升则辐射加强,而且辐射峰值向短波方向移动。
图4.95黑体辐射曲线
人们总结了三个热辐射定律:
第一辐射定律,也叫做维恩定律:在一定温度下,黑体最大辐射处的波长与辐射源的温度成反比。用公式表示如下:
对于太阳λmax=4750埃,由此求得太阳的表面温度为6100K。
第二辐射定律,也叫做斯特藩——波尔兹曼定律:黑体单位面积的辐射功率与黑体温度的四次方成正比。公式表示如下:
σ为斯特藩——波尔兹曼常数,数值为5.67×10-5尔格/秒·厘米2·度4。求出来的是有效温度,用Te表示。
第三辐射定律,也叫做普朗克定律。黑体辐射强度为:
c1=3.74185×10-5尔格·厘米2/秒,c2=1.4388厘米·度,λ的单位是厘米。由于太阳的辐射曲线与6500K黑体辐射曲线相符合,所以得到太阳温度Tc=6500K。这种温度叫做色温度,用Tc表示。
炁学提示:这些是对热炁粒生产热炁流的能力的量度。
3、热力学定律。
热力学第一定律:热和功传递的能量使系统内能的提高。Q—W=△U。
热力学第二定律:热不能够自动从低温物体传给高温物体;热不能够完全转化为功。
炁学提示:热和功传递的能量使系统内能的提高是热炁流转变成了物体炁子。热炁流不能够完全转化为功,是因为必有热炁流剩余。热炁流总是从高温到低温传播,高温物体的热炁流多、内能高。