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。
热传导现象的宏观规律与微观机理
热传导现象的宏观规律与微观机理摘要：热传导是个非常重要的物理过程，在生活和生产中有着普遍的应用。
本文从宏观和微观上分析了热传导的宏观规律和微观机理，介绍傅里叶定律，最后指出了其在生活生活中的应用。
关键词：热传导；热量；热传导现象；导热系数The phenomenon of heat conduction of macro-mecha nism and micro-mechanism of the lawAbstract：Thermal conductivity is a very important physical processes in the production of life and have widespread application. In this paper, macro-and micro-analysis of the heat conduction of macro-and micro-mechanism of the law to introduce the Fourier's law, concluded that its application to live life.Key words: Thermal conductivity; heat; heat conduction phenomenon; thermal conductivity前言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。
当气体中存在温度梯度时，做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。
固体和液体中分子热运动的形式为振动。
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。
因为整个固体或液体都是由化学键把所有分子联结而成的连续介质，一个分子的振动也将导致物体中所有分子的振动，同样局部分子较大幅度的振动也将使其他分子的平均振幅增加。
热传导与温度变化的关系知识点总结
热传导与温度变化的关系知识点总结一、热传导的基本原理热传导是指物体内部热量通过微观粒子间相互碰撞传递的过程。
在热传导过程中，热量从高温区域传递到低温区域，直到达到热平衡。
热传导的速率取决于物体的导热性能和温度差异。
二、热传导的基本方程热传导过程可以由傅里叶热传导定律来描述，即：q = -kA(dT/dx)其中，q表示热流密度（单位时间内通过单位面积的热量），k表示物体的导热系数，A表示传热面积，dT/dx表示温度梯度（单位长度内温度的变化量）。
三、热导率的影响因素1. 物质的导热性能：不同物质的导热性能不同，导热系数k越大，热传导速率越快。
2. 传热面积：传热面积越大，热传导速率越快。
3. 温度差异：温度差异越大，热传导速率越快。
4. 材料性质：材料的密度、比热容等也会对热传导产生影响。
四、热传导的应用热传导广泛应用于各个领域，以下是一些常见的应用：1. 建筑和工程领域：研究建筑材料的热传导性能，以提高建筑的保温性能。
2. 电子工业：研究材料的导热性能，以保持电子元器件的稳定工作温度。
3. 热工学：应用热传导理论来研究能源转换、传热与传质设备的优化设计和性能改进。
4. 材料科学：通过研究材料的导热性能，来选择合适的材料用于特定的工业领域。
五、温度变化对热传导的影响1. 温度差异越大，热传导速率越快。
温度差异越小，热传导速率越慢。
2. 随着温度差异的减小，热传导速率会逐渐趋于平衡，最终达到热平衡状态。
3. 温度变化对热传导速率的影响是一个连续的过程，随着温度的变化，热传导速率也会相应改变。
六、热传导与其他传热方式的比较除了热传导之外，还存在其他两种传热方式：辐射和对流。
与辐射和对流相比，热传导主要适用于固体物质的传热过程，而辐射和对流则适用于液体和气体的传热过程。
七、热传导的控制和应用为了控制热传导过程，可以采取以下措施：1. 选择导热性能较差的材料，减小热传导速率。
2. 增加材料的厚度，减小温度梯度，降低热传导速率。
热传导与热传导率的大小
热传导与热传导率的大小热传导是指物质内部或者不同物体之间热量传递的过程。
热传导通过热传导率的大小进行衡量，热传导率是指单位时间内单位面积上的热量传递量与温度差之比。
热传导率的大小不仅与物质本身的性质有关，还与温度差、物体形状和内部结构等因素相关。
一、热传导的基本原理热传导是由分子间的碰撞和能量传递引起的。
分子在高温区域动能较大，碰撞频率也较高，从而将能量传递给邻近的分子，使分子的动能逐渐增加。
这种能量的传递过程会持续到整个物体温度达到热平衡为止。
二、热传导率的影响因素1. 物质的热导率：物质的热导率与其内部结构有关。
晶体结构的物质通常具有较高的热导率，因为晶体中的原子排列有序，分子间接触面积大，热量传递效率高。
而非晶体或者不规则结构的物质热导率较低，因为它们的分子间距较大，分子振动能力弱，不利于热量传递。
2. 温度差：温度差越大，热量传递越快。
这是因为温度差的增大会导致分子自由度增加，分子间碰撞频率和能量传递速率增大，热量传递效率也随之提高。
3. 物体形状和尺寸：物体形状和尺寸对热传导率也有影响。
对于相同材料，形状相同的物体热传导率相等。
但是，当物体形状改变时，热传导率也会发生变化。
例如，材料的表面积增大，热传导率相应增大。
三、常见物质的热传导率不同物质的热传导率存在较大差异。
下面列举一些常见物质的热传导率：1. 金属：金属是良导热材料，其热传导率通常较高。
例如，铜的热传导率约为393 W/(m·K)，铝的热传导率约为205 W/(m·K)。
2. 液体：液体的热传导率较低，一般在0.1-0.6 W/(m·K)之间。
例如，水的热传导率约为0.6 W/(m·K)。
3. 气体：气体是绝热体，其热传导能力较差。
气体的热传导率通常在0.01-0.1 W/(m·K)之间。
例如，空气的热传导率约为0.025 W/(m·K)。
4. 绝缘材料：绝缘材料通常具有较低的热传导率。
§3.3热传导现象的宏观规律
因为 故热导率
Q = I 2 RL
κ =
I
2
⋅
R ln
2热量沿温度下降的方向, 式中负号表示热量沿温度下降的方向,即逆温度梯度 的方向流动; 称为热导率, 的方向流动;比例系数 κ 称为热导率,其数值由材料性质 决定. 决定. 2.讨论: 讨论: 讨论 (1)引入单位时间内在单位截面上流过的热量即热流密 (1)引入单位时间内在单位截面上流过的热量即热流密 度 J T ,则:
在半径r 解:设圆筒长为L,在半径 的圆柱面上通过的总热流为 设圆筒长为 在半径 的圆柱面上通过的总热流为dQ/dt . 的圆筒形薄层气体中的温度梯度为dT/dr ,故由 在r 到r+dr 的圆筒形薄层气体中的温度梯度为 故由
∆Q dT H= =−K ∆S −−−傅里叶热传导定律 ∆t dz z=z0
dT J T = −κ dz z = z0
(2)傅里叶定律适用于热量沿一维流动的情况. 傅里叶定律适用于热量沿一维流动的情况. 傅里叶定律适用于热量沿一维流动的情况
(3)傅里叶定律适用于稳态,即处处温度不随时间变化,因 傅里叶定律适用于稳态,即处处温度不随时间变化, 傅里叶定律适用于稳态 而空间各处热流密度也不随时间变化. 而空间各处热流密度也不随时间变化.利用傅里叶定律处 理传热问题十分方便.若各处温度随时间变化, 理传热问题十分方便.若各处温度随时间变化,情况较复 需用热传导方程来求解. 杂,需用热传导方程来求解. 3.热传导的微观机理:(见教材120页) 热传导的微观机理:(见教材120 热传导的微观机理:(见教材120页 4.测量气体热导率（学生自己查阅资料） 测量气体热导率（ 测量气体热导率 学生自己查阅资料） 例:一半径为b的长圆柱形容器,在它的轴线上有一根半径 一半径为 的长圆柱形容器, 的长圆柱形容器 单位长度电阻为R的圆柱形长导线 的圆柱形长导线. 为a、单位长度电阻为 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, 定温,里面充有被测气体.当金属线内有一小电流 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. 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？ 体的热导率是多少？
热学知识点总结热传导与热膨胀
热学知识点总结热传导与热膨胀热学知识点总结——热传导与热膨胀热学是物理学的一个重要分支，研究热现象的产生、传播和转化规律。
其中，热传导和热膨胀是热学中的两个基本概念。
本文将对这两个知识点进行总结与讨论。
一、热传导热传导指的是物质中热量沿温度梯度从高温区向低温区传播的过程。
在传导过程中，热量通过分子的碰撞、扩散和振动等方式传递。
热传导的速率与物质的性质有关，可以通过热导率来表示。
热导率是物质的一个重要性质，它定义为热导率等于物体上单位面积、单位时间内通过的热量与面积、温度梯度之积的比值。
热导率越大，物质的导热性能越好，热传导速度越快。
金属材料通常具有较高的热导率，而绝缘材料的热导率较低。
除了热导率，热传导还与温度梯度、物体的形状和大小等因素有关。
例如，在相同的温度梯度下，导热截面积较大的物体传热速度更快。
而对于具有复杂形状的物体，热传导可以通过热阻和传热系数的概念来描述。
热阻表示物质对热传导的阻碍程度，它定义为单位面积上的温度梯度与通过的热量之比。
热阻越大，物体的传热能力越差。
传热系数则是描述界面处热传导的性质，它定义为单位面积上通过界面的热量与温度差之比。
传热系数越大，界面处的热传导速度越快。
二、热膨胀热膨胀指的是物体因受到热力作用而发生体积、长度或面积的变化。
热膨胀是由物体内部分子振动引起的，通过振动的能量传递导致物体整体的尺寸发生变化。
根据热膨胀的性质，可以将其分为线膨胀、面膨胀和体膨胀。
线膨胀指的是物体在一维方向上的长度变化，面膨胀指的是物体在二维方向上的面积变化，而体膨胀则是物体在三维方向上的体积变化。
热膨胀系数是描述物体对温度变化响应的一个重要参数，它定义为单位温度变化下，物体的尺寸变化与初始尺寸之比。
不同物质具有不同的热膨胀系数，通常可以通过实验或者理论计算来获取。
热膨胀对日常生活和工程设计具有重要影响。
例如，当物体受到温度变化时，由于不同部分的热膨胀系数不同，可能导致物体产生应力和变形，从而对结构造成损害。
热传导现象的宏观规律与微观机理
热传导现象的宏观规律与微观机理摘要：热传导是个非常重要的物理过程，在生活和生产中有着普遍的应用。
本文从宏观和微观上分析了热传导的宏观规律和微观机理，介绍傅里叶定律，最后指出了其在生活生活中的应用。
关键词：热传导；热量；热传导现象；导热系数The phenomenon of heat conduction of macro-mecha nism and micro-mechanism of the lawAbstract：Thermal conductivity is a very important physical processes in the production of life and have widespread application. In this paper, macro-and micro-analysis of the heat conduction of macro-and micro-mechanism of the law to introduce the Fourier's law, concluded that its application to live life.Key words: Thermal conductivity; heat; heat conduction phenomenon; thermal conductivity前言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。
当气体中存在温度梯度时，做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。
固体和液体中分子热运动的形式为振动。
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。
因为整个固体或液体都是由化学键把所有分子联结而成的连续介质，一个分子的振动也将导致物体中所有分子的振动，同样局部分子较大幅度的振动也将使其他分子的平均振幅增加。
热传导和导热系数的变化规律
热传导和导热系数的变化规律热传导是指热量在物体内部由高温区向低温区传递的过程，其本质是分子间的能量传递。
热传导的强弱用导热系数（也称为热导率）来衡量，导热系数越大，物体的导热性能越好。
一、热传导的基本原理1.分子动能传递：物体内部的分子不断运动，高温区的分子具有更高的动能，当与低温区的分子碰撞时，能量发生传递，导致温度差逐渐减小。
2.能级差异：物体内部的分子存在能级差异，高温区的分子具有更高的能级，低温区的分子具有较低的能级。
高温区的分子向低温区传递能量，使两区的能级趋于平衡。
二、导热系数的变化规律1.材料种类：不同材料具有不同的导热系数。
金属的导热系数通常较大，而绝缘材料的导热系数较小。
2.温度：导热系数随温度的升高而增大。
这是因为温度升高导致分子运动加剧，从而增加热传递速度。
3.湿度：导热系数随湿度的增大而增大。
湿度增大意味着物体表面的水分增多，水分子的导热性能较好，有助于热传递。
4.压力：导热系数随压力的增大而增大。
压力增大导致分子间的距离减小，分子间的碰撞频率增加，从而提高热传递速度。
5.结构：物体的结构也会影响导热系数。
例如，多孔材料和复合材料的导热系数较低，因为它们的内部结构不利于热传递。
6.热流方向：导热系数在热流方向上的值通常大于其他方向。
这是因为热流方向上的分子运动更加剧烈，有利于热传递。
三、热传导的应用1.散热器设计：了解热传导原理和导热系数的变化规律，有助于设计更高效的散热器，提高电子设备的散热性能。
2.建筑材料选择：在建筑领域，合理选择具有不同导热系数的材料，可以有效控制室内温差，提高居住舒适度。
3.热绝缘材料：导热系数较小的材料可用于制作热绝缘材料，如保温杯、保温管道等，以减少热量损失。
4.热交换器设计：了解导热系数的变化规律，有助于设计更合理的热交换器，提高热交换效率。
综上所述，热传导和导热系数的变化规律是物理学中的重要知识点，掌握这些知识对于理解和应用热传递原理具有重要意义。
传热 规律
传热的基本方式分为导热、对流和辐射三种,其传热机理分别是: (1)导热是由温度不同的质点(分子、原子、自由电子)在热运动中引起的热能传递现象。
固体导热是由
于相邻分子发生的碰撞和自由电子迁移所引起的热能传递;液体导热是通过平衡位置间歇着的分子振动引起;气体导热是通过分子无规则运动时互相碰撞而导热。
(2) 对流是由于温度不同的各部分流体之间发生相对运动、互相掺合而传递热能。
(3) 辐射传热以电磁波传递热能。
凡是温度髙于绝对零度的物体,由于物体原子中的电子振动或激动,就会从表而向外界空间辐射出电磁波。
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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