3.4热传导现象的宏观规律资料
3.4热传导现象的宏观规律
dr Q 2rL dT R r T
1 1
R2
T2
R2 Q ln 2rL ( T1 T2 ) R1 2rL Q ( T1 T2 ) ln R2 R1
[例3.4] 一半径为b的长圆柱形容器在它的轴线上有一根半径为a、单
位长度电阻为R的圆柱形长导线。圆柱形筒维持在定温，里面充有 被测气体。当金属线内有一小电流I通过时，测出容器壁与导线间 的温度差为△T。假定此时稳态传热已达到，因而任何一处的温度 均与时间无关。试问待测气体的热导率是多少？
Q
是与温度差成正比，其经验公式就是牛顿
Q hA(T - T0 )
（3.１1）
式中T0为环境温度；T为热源温度，A为与热源接触的表面积，h为 一与传热方式等有关的常数，称热适应系数。对于一结构固定的物 体（例如某一建筑物），也可将（3.１１）式写为如下形式
Q a(T - T0 )
（3.１2）
t/℃ 20 27
/(W·-1·-1) m K 0.521 0.104
空气
水蒸气
甘油
0
0 20 100
0.29
0.561 0.604 0.68
氦 氢
氧
93
-123 175
0.169
0.098 0.251
水
汞 液氮
发动机油0 -ຫໍສະໝຸດ 00608.4 0.15
0.140
-123
175
0.0137
0.038
非金属
均存在自由电子气体， 它们是参与热传导的主要角色，所以金属 的高电导率是与高热导率相互关联的。
§3. 2. 2
体温调节
对流传热
3.3 热传导
固体中的辐射传热过程的定性解释：
辐射源 T1
热稳定状态 T2 吸收 能量转移辐射辐射能的传递能力：
r= 16n2T3lr /3
： 波尔兹曼常数（5.67×10-8W/(m2·K4)；
n ：折射率； lr： 光子的平均自由程。
2）光子的平均自由程lr 辐射能的传导率λr极关键地取决于辐射能传播过程中 光子的平均自由程lr。 （1）lr与介质透明度的关系 透明介质：热阻很小，lr较大，辐射传热大； 不透明的介质：lr很小，辐射传热小； 完全不透明的介质：lr=0，在这种介质中，辐射传热 可以忽略。
内通过单位垂直面积的热量，所以它的单位为w／(m·K) 或J／(m·s·K)。 2）不稳定传热
不稳定传热是指：传热过程中物体内各处的温度随时间而
变化。
设①一个本身存在温度梯度的物体，②与外界无热交换，
③随着时间的推移，温度梯度趋于零。
于是，就存在热端温度不断降低和冷端温度不断升高，最
终达到一致的平衡温度。
T3 exp(D/2T) T -1
d T3 T
高温 常数 exp(D/2T)
exp(D/2T)
常数(晶格 常数)
常数
1/ T2
3. 光子热导
固体中的分子、原子和电子 振动、转动 电磁波（光子）
电磁波覆盖了一个较宽的频谱。其中具有较强热效应 的在可见光与部分近红外光的区域，这部分辐射线称 为热射线。 热射线的传递过程------热辐射。 热辐射在固体中的传播过程和光在介质中的传播过程 类似，有光的散射、衍射、吸收、反射和折射。 光子在介质中的传播过程------光子的导热过程。
1. 声子和声子热导
dT/dx(温度梯度）
作 用 于
光子
热传导的规律
热传导的规律热传导是指热量在物体内部或不同物体之间的传递过程。
了解热传导的规律对于我们理解热量传递的原理和应用具有重要意义。
本文将介绍热传导的规律，并探讨热传导的影响因素和应用。
一、热传导的基本概念热传导是宏观热量传递的一种方式，通过物体内部分子之间的碰撞和能量传递进行。
在固体、液体和气体中，都存在热传导的现象。
一般来说，固体的热传导能力最好，液体次之，气体最差。
热传导的规律可以用热传导定律来描述，即热流密度与温度梯度成正比。
热流密度是单位时间内单位面积的能量传递量，温度梯度是温度差与距离的比值。
根据热传导定律，热流密度可以表示为：q = -k * ∇T其中，q表示热流密度，k表示热导率，∇T表示温度梯度的矢量。
二、热导率和温度梯度1. 热导率热导率是物质传递热量的能力。
不同物质的热导率各不相同，可以通过热传导定律中的热导率系数来描述。
一般来说，金属的热导率较高，非金属材料的热导率较低。
例如，铜和铝的热导率远高于木材和塑料。
2. 温度梯度温度梯度是指物体内部或不同物体之间存在的温度差异。
当具有温度差的物体接触时，热量会从高温区域流向低温区域，直到两者达到热平衡。
温度梯度越大，热传导的速率越快。
三、热传导的影响因素热传导的速率会受到一些因素的影响。
以下是一些主要的影响因素：1. 温度差温度差是驱动热传导的主要因素。
温度差越大，热传导的速率越快。
2. 物质的热导率不同物质的热导率不同，热导率越大，热传导的速率越快。
3. 材料的形状和尺寸材料的形状和尺寸会影响热传导的路径和距离。
通常情况下，形状对热传导的影响较小，但尺寸越大，热传导的路径和距离越长，速率会相应减慢。
4. 材料的热容量热容量是指单位质量材料在温度变化时所吸收或释放的热量。
热容量越大，传导相同热量所需的温度差就越小，因此会影响热传导的速率。
四、热传导的应用热传导的规律在日常生活和工业生产中有着广泛的应用。
1. 热绝缘了解热传导的规律，可以帮助我们选择合适的材料来进行热绝缘。
3.4 热力学第二定律(解析版)
第4节热力学第二定律【知识梳理与方法突破】1.热力学第二定律的理解（1）“自发地”过程就是不受外来干扰进行的自然过程，在热传递过程中，热量可以自发地从高温物体传到低温物体，却不能自发地从低温物体传到高温物体。
要将热量从低温物体传到高温物体，必须“对外界有影响或有外界的帮助”，就是要有外界对其做功才能完成。
电冰箱就是一例，它是靠电流做功把热量从低温处“搬”到高温处的。
（2）“不产生其他影响”的含义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成，对周围环境不产生热力学方面的影响。
如吸热、放热、做功等。
（3）热力学第二定律的每一种表述都揭示了大量分子参与的宏观过程的方向性。
如机械能可以全部转化为内能，内能却不可能全部转化为机械能而不引起其他变化，进一步揭示了各种有关热的物理过程都具有方向性。
（4）适用条件：只能适用于由很大数目分子所构成的系统及有限范围内的宏观过程。
而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。
（5）热力学第二定律的两种表述是等价的，即一个说法是正确的，另一个说法也必然是正确的；如一个说法是错误的，另一个说法必然是不成立的。
2.热力学第一定律与第二定律的比较项目热力学第一定律热力学第二定律定律揭示的问题它从能量守恒的角度揭示了功、热量和内能改变量三者间的定量关系它指出自然界中出现的宏观过程是有方向性的机械能和内能的转化当摩擦力做功时，机械能可以全部转化为内能内能不可能在不引起其他变化的情况下全部转化为机械能热量的传递热量可以从高温物体自发地传到低温物体说明热量不能自发地从低温物体传到高温物体表述形式只有一种表述形式有多种表述形式联系两定律都是热力学基本定律，分别从不同角度揭示了与热现象有关的物理过程所遵循的规律，二者相互独立，又相互补充，都是热力学的理论基础3.能量耗散的理解（1）各种形式的能最终都转化为内能，流散到周围的环境中，分散在环境中的内能不管数量多么巨大，它也只能使地球、大气稍稍变暖一点，却再也不能自动聚集起来驱动机器做功了。
热传导现象的宏观规律
（一） 傅里叶定律
1822法国科学家傅里叶（Fourier）在热质说思想指
导下发现傅里叶定律。 该定律认为热流 dQ /dt (单 位时间内通过的热量）与温度梯度 dT /dz 及横截面
积 A 成正比.
傅里叶定律:
dQ dT A
dt
dz
Q S T2 T1
T1
T2 x
*A*Bx Nhomakorabea傅里叶定律 dQ dT A
dt
dz
其中比例系数 称为热导
系数,其单位为 W/m·K。
负号表示热量从温度较 高处流向温度较低处。
例 3.4 测量气体的热导率
（二）热传导的微观机理：
热传导是由于分子热运动强弱程度（即温度）不同所 产生的能量传递。
（1）气体：当存在温度梯度时，作杂乱无章运动的气 体分子，在空间交换分子对的同时交换了具有不同热运 动平均能量的分子，因而发生能量的迁移。 （2）固体和液体：
其分子的热运动形式为振动。温度高处分子热运动能 量较大，因而振动的振幅大；温度低处分子振动的振幅 小。
热传导与热辐射知识点总结
热传导与热辐射知识点总结热传导和热辐射是热学领域中重要的概念和物理现象。
本文将从理论和实际应用两个层面对热传导和热辐射的知识点进行总结。
一、热传导热传导是指在热量传递过程中，由高温物体传递到低温物体的直接传导现象。
主要介绍热传导的知识点如下：1. 热传导的基本原理：热传导是由于物质内部的微观运动而导致的能量传递。
物质中的分子或原子通过相互碰撞，将热能从高能级传递到低能级，达到热平衡。
2. 热传导的影响因素：热传导的速率取决于温度差、传导介质的导热性能、传导路径的长度和横截面积等因素。
导热性能较好的物质如金属，其热传导速率较快。
3. 热导率：热导率是描述材料导热性能的物理量，表示单位面积上单位温度梯度下传递的热量。
常用的热导率单位有瓦特每米每开尔文（W/(m·K)）和卡路里每秒每厘米每开尔文（cal/(s·cm·K)）。
4. 热传导方程：热传导过程可以通过热传导方程描述，即傅里叶热传导定律。
该定律说明了热流密度与温度梯度之间的关系，表达式为q = -k∇T，其中q为单位时间通过单位面积的热流，k为热导率，∇T为温度梯度。
二、热辐射热辐射是指物体在温度不同的情况下，通过辐射方式传递热能。
热辐射与物体的温度和表面特性有关。
以下是热辐射的相关知识点：1. 热辐射的基本特性：热辐射是物体因为温度不同而发射出的电磁波辐射。
所有物体在温度不为绝对零度时都会发生热辐射。
热辐射的频率和强度与物体的温度相关。
2. 热辐射定律：热辐射的特性可以通过普朗克定律、斯特藩—玻尔兹曼定律和维恩位移定律来描述。
普朗克定律说明了不同温度下热辐射的频率与强度关系，斯特藩—玻尔兹曼定律则说明了热辐射能量与温度的关系，维恩位移定律揭示了峰值波长与温度的关系。
3. 辐射热通量：辐射热通量是热辐射过程中单位时间内通过单位面积的辐射功率。
辐射热通量可以用斯特藩—玻尔兹曼定律来计算，即q = εσT^4，其中q为单位时间通过单位面积的辐射热通量，ε为辐射率，σ为斯特藩—玻尔兹曼常数，T为物体的温度。
3.4热力学第二定律课件ppt—高二下学期物理人教版选择性必修第三册
热力学第二定律的反思
热力学第二定律的两种表述之间有什么样的关系？
①两种表述是等价的 可以从一种表述导出另一种表述，两种表述都称为热力学 第二定律。 ②对任何一类宏观过程进行方向的说明，都可以作为热力 学第二定律的表述。例如：气体向真空的自由膨胀是不可 逆的。
热力学第二定律的意义 热力学第二定律的意义？ 提示了有大量分子参与的宏观过程的方向性，是独立于热 力学第一定律的一个重要自然规律。
一个在水平地面上的物体，由于克服摩擦力做功，最后要停 下来。在这个过程中，物体的动能转化成为内能，使物体和 地面的温度升高。
我们能不能看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体， 靠降低温度，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运 动起来。
机械能与内能转化的方向性
热机：是一种把内能转化为机械能的装置。 (汽油机、柴油机、蒸汽轮机、喷气发动机等）
热力学第二定律的另一种表述
开尔文表述： 不可能从单一热库吸取热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
适用条件：只能适用于由很大数目分子构成的系统及有限范围内的宏观过 程，而不适用于少量的微观体系，也不能把它扩展到无限的宇宙。
热力学第二定律的另一种表述
开尔文表述： 不可能从单一热库吸取热量，使之完全变成功，而不产生其他影响。
②要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产 生其它影响或引起其它变化。
热量不可能从低温物体传到高温物体而不产生其他影响。
热力学第二定律
热传导的方向性能否简单理解为“热量不会从低温 物体传给高温物体”？
不能。“自发地”是指没有第三者的影响，例如空调 、冰箱等制冷机就是把热量从低温物体传到了高温物 体，但是也产生了影响，即外界做了功。
第二类永动机
初中物理热现象知识点总结
初中物理热现象知识点总结热现象在我们的日常生活中无处不在。
对于初中物理学习来说，热现象是一个重要的知识点。
本文将对初中物理热现象进行全面总结，其中包括热传导、热扩散、热辐射以及热力学等方面的内容。
一、热传导热传导是指物质中热量的传递方式。
在固体、液体和气体中都存在热传导的现象。
热传导的特点是从温度较高的物体传递热量到温度较低的物体。
热传导的速度与物体的导热性以及温度梯度有关。
在导热性方面，不同物质有着不同的导热性能。
金属类物质的导热性能较高，而空气等绝缘体的导热性能较差。
热传导的速度也与温度梯度有关，即温度变化的快慢。
温度梯度越大，热量传递越快。
二、热扩散热扩散是指物体内部温度的均匀分布。
当物体的一部分受热后，热量会通过分子之间的碰撞传递给周围的物质，使其温度也逐渐升高。
这种现象就是热扩散。
在热扩散过程中，热量会从高温区传递到低温区。
而若想减慢热扩散的速度，可以通过增加隔热层或者降低温度梯度来实现。
三、热辐射热辐射是指物体受热后发出的热能以电磁波的形式向外传播的过程。
它是在真空中也能传递热能的唯一方式。
热辐射的特点是无需介质传递热量，速度与光速相同。
热辐射中，发射热辐射的物体叫做热辐射体，而吸收热辐射的物体叫做热辐射体。
物体的热辐射和温度有关，温度越高，发射的热辐射越多。
四、热力学热力学是研究热现象与能量转化关系的一个学科。
它主要包括热力学第一定律和热力学第二定律。
热力学第一定律，也叫能量守恒定律，指的是能量不会凭空产生或消失，只会转化成不同的形式。
在物体间的能量传递过程中，热量和功是两种常见的能量转化形式。
热力学第二定律则从特定热现象出发，描述了自然界中能量转化的方向性。
例如，热量自然地从高温区传递到低温区，而不会反向传递。
这也是冷热水混合自动均匀的原因。
总结初中物理的热现象是一个重要的知识点，包括热传导、热扩散、热辐射以及热力学等方面的内容。
热传导与物体的导热性和温度梯度有关，热扩散使物体内部热量均匀分布，热辐射是物体发出的热能以电磁波的形式传播，而热力学则研究热现象与能量转化关系。
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4－21.两个长圆筒共轴套在一起，两筒的长度均为L，内筒和
外筒的半径分别为R1 和R2 ，内筒和外筒分别保持在恒定的温
度T1 和T2 ，且T1 >T2 ，已知两筒间空气的导热系数为K，试证 明：每秒由内筒通过空气传到外筒的热量为：
2rL Q ( T1 T2 ) ln R2 R1
证明：由付里叶定律：
dQ dT A dt dz z
0
dQ 33 ( 5 ) 3 1.8 274 W 65 . 4 10 kcal / s dt 0.01 dQ 33 17 1.8 115W dt 0.01
dT/dz＞0：温度升高方向与坐标变化方向一致。
dT/dz ＜0：温度升高方向与坐标变化方向相反。
3、在dt时间内，dA沿z轴方向传递热量dQ。
各种物质的热导率
气体（0.1Mpa）
t/℃ -74 38 100 -130
/(W· m-1· K-1) 0.018 0.027 0.0245 0.093
液体 液氨 CCl4
dQ dT A dt dz
（3.19）
图3.41 热传导
其中比例系数称为热导系数（heat conductivity）,其单位
为W
m K
1
1
.
其中负号表示热流方向与温度梯度方向相
反，即热量总是从温度较高处流向温度较低处。 1、热传导现象：物体内各部分温度不均匀时，会有热量从温 度高处传递到温度较低处。 2、温度梯度：设A、B板间充以某种物质，T沿Z方向降低。 dT/dz：描述温度不均匀程度的物理量。
dr Q 2rL dT R r T
1 1
R2
T2
R2 Q ln 2rL ( T1 T2 ) R1
2rL Q ( T1 T2 ) ln R2 R1
[例3.4] 一半径为b的长圆柱形容器在它的轴线上有一根半径为a、单
位长度电阻为R的圆柱形长导线。圆柱形筒维持在定温，里面充有 被测气体。当金属线内有一小电流I通过时，测出容器壁与导线间 的温度差为△T。假定此时稳态传热已达到，因而任何一处的温度 均与时间无关。试问待测气体的热导率是多少？
dQ dT A dt dr r
0
〖分析〗：
即 否则, 圆柱壳层。
在这里的温度梯度不是常数，
dT / dr (T1 T2 ) /( R1 R2 )
按照
若把内筒和外筒之间的空间分割为一系列厚度相等的
dT dQ κ 2πrL dt dr
这一计算公式, dt时间内, 件。 r从R1逐步变化到R2, 则在dt 时间内, 由 在 ）条 内筒向外传递的热量将逐步增加。这不符合稳态传热（ 在每一圆柱面上通过的热量应该是相等的
金属 纯金 纯银 纯钢 纯铝 纯铁 钢（0.5 碳） t/℃ 0 0 20 20 20 20 /(W· m-1· K-1) 311 418 386 204 72.2
t/℃
20~25 24
/(W-1· m-1· K-1)
0.74~0.76 0.76
沥青 水泥
红砖
玻璃 大理石
20 -
~0.6
0.78 2.08-2.94
松木
橡木 冰
30
30 0
0.112
0.166 2.2
53.6
绝缘材料
石棉 软木 刨花
t/℃ 51 32 24
/(W· m-1· K-1)
0.166 0.043 0.059
若引入热流密度JT（单位时间内在单位截面积上流过的热 量），则
dT J T dz
（3.20）
若系统已达到稳态，即处处温度不随时间变化，因而空间各 处热流密度也不随时间变化，这时利用（3.19）式、（3.2０）式 通常需借助热传导方程来求解。
来计算传热十分方便。若各处温度随时间变化，情况就较为复杂，
设人体表面积为1.8m2，衣服厚0.01m，皮肤表面温度为33℃， 衣服外面温度为-5 ℃，衣服的导热系数为κ=4×10-2W/(m.K)，求出 人通过皮肤向外传送的热流。（棉纤维：导热系数0.071～ 0.07J/m℃）
解： 由公式（3.9）
[解]：利用（3.9）式 设圆筒长为L，在半径 r 的圆柱面上通过的总热流为 在 r ~ r dr 的圆筒形薄层气体中的温度梯度
dT dr
Q
。 ，故
dQ dT 2rL dt dr
dQ 在达稳态时在不同r处 dt
均相同．故
dr dt dT 2L r
从a积分到b,则
dQ
§3.4 热传导现象的宏观规律 Heat conduction phenomena 当系统与外界之间或系统内部各部分之间存在温度差时就有 热量的传输，热传递有热传导、对流与辐射三种方式，本节将讨 论热传导。 §3.4.1傅里叶定律 一、傅里叶定律（Fourier law of heat conduction） 1822法国科学家Fourier在热质说思想的指导下提出了Fourier law。该定律认为热流（单位时间内通过的热量） 与 dT dz Q 温度梯度 及横截面积A成正比，即
b dt T ln 2L a
因为， Q
dQ
I 2 RL
，故是在内筒和外筒之间的温度梯度不是常数。
为此必须取半径为 r ~ r dr 的某一圆柱壳层为对象，研究 它的传热过程。
则在单位时间内通过以r为半径的柱面的热量为：
dQ dT 2rL dt dr
dQ dr 2rLdT dt r
由于T1> T2，且T1 、T2 是恒量，故由T1 面传到T2 面的热量也 是一恒量，故上式两端积分得：
t/℃ 20 27
/(W· m-1· K-1) 0.521 0.104
空气
水蒸气
甘油
0
0 20 100
0.29
0.561 0.604 0.68
氦 氢
氧
93
-123 175
0.169
0.098 0.251
水
汞 液氮
发动机油
0 -200
60
8.4 0.15
0.140
-123
175
0.0137
0.038
非金属