热力学家庭作业帮助
热力学是处理热与其他能量形式之间关系的物理学分支。特别是,它感觉到热能如何转换成其他形式的能量,以及物质的重要性。
根据德克萨斯教育局的能源教育网站,热能是物质或系统由于其温度,即移动或振动分子的能量而产生的能量。密苏里南部州立大学物理学教授戴维·麦基(David McKee)撰写的热力学测量建立了这种能量,这可能“非常复杂”,我们在热力学研究中的系统包括非常大量的原子或座位以两种方式进行交互,但如果这些系统符合正确的标准,那么我们用很少的测量或数字来描述这些系统,通常这是理想化的,因为系统的质量,系统的压力和系统数量或一些其他等值的数字,三个数字描述了1026或1030个估值独立变量。
热
根据能源教育,热量由于它们之间的温差而在每种物质或系统之间传递能量。作为能量的一种形式,热量是保守的,即不能被创造或毁灭。它可以由一个地方转移到另一个地方。热量也可以转换成其他形式的能量。例如,蒸汽轮机可以将热量转换为动能以运行发电机,其将动能转换为电能。灯泡可将该电能转换成电磁辐射(光),当被表面吸收时,其将被转换成热。
温度
根据能源教育,物质传递的热量取决于运动中的原子或分子的速度和数量。原子或分子移动越快,温度越高,运动中的原子或分子越多,它们转移的热量越大。
根据“美国遗产词典”,温度是“物质样品中颗粒的平均动能的量度,以单位或度数标准尺度固定”。最常用的温度标度是摄氏温度,它基于水的冷冻和沸点,分配0摄氏度和100摄氏度的相应值。华氏温度也基于已分配的水的冷冻和沸点值分别为32 F和212 F。
然而,世界各地的科学家使用开尔文(K,没有学位标志)的规模,以威廉·汤姆森(William Thomson)命名,第一男爵开尔文,因为它在计算中起作用。该刻度使用与摄氏度相同的增量,即1℃的温度变化等于1K。然而,开尔文刻度从绝对零开始,完全不存在热能的温度和所有分子运动停止。 0 K的温度等于负459.67 F或负273.15 C
比热
根据Wolfram Research的数据,一定质量的物质将某种物质的温度提高一定量的所需比热或比热容所需的热量。常规的单位是每克开氏热量。热量定义为将4克1升水升温1度所需的热能量。
金属的比热几乎取决于样品中的原子数量,而不是其质量。例如,一公斤的铝可以吸收比一公斤铅高几倍的热量。比同等数量的铝原子多8%的热量。然而,给定质量的水可以吸收相当量的铝的几乎五倍的热量。气体的比热更复杂,取决于是否在恒定压力或恒定体积下进行测量
导热系数
热导率(k)是“热量通过指定材料的速率,表示为每单位时间内通过单位面积温度梯度每单位距离1度流动的热量”,根据牛津词典。 k的单位是每米(k)每米(K)的瓦特(W)。金属如铜和银的k值分别相对较高,分别为401和428 W / m•K。该属性使得这些材料对于计算机芯片的汽车散热器和散热片是有用的,因为它们可以快速携带热量并与环境交换。任何天然物质的最高值k为2200W / m·K的钻石。
其他材料是有用的,因为它们是极差的热导体;该性质被称为热阻或R值,其描述热量通过材料传播的速率。这些材料,如岩棉,鹅绒和聚苯乙烯泡沫塑料,用于外部建筑墙体,冬季大衣和热咖啡壶的绝缘。对于1英寸厚的板,R值以英制热单位(ft2•°F•h / Btu)为单位,单位为华氏度,华氏度。
牛顿的冷却定律
在1701年,艾萨克·牛顿爵士首先在“皇家学会哲学交易”的一篇题为“Scala graduum Caloris”(“A Scale of the Heat”)的短篇文章中提出了他的“冷却法”。牛顿的法律声明从原来的拉丁语转化为“当时间在一个算术进程中时,热量的过度在几何进展中。伍斯特理工学院提供了一个更现代化的法律,因为“温度的变化率与物体的温度与周围环境的温差成正比”。
这导致温差的指数衰减。例如,如果将暖物放置在冷浴中,在一定时间内,其温度差将减少一半。那么在同一段时间内,剩下的差距将再次减少一半。温度差的重复减半将以相等的时间间隔继续,直到变得太小而不能测量。
传播热量
传热,对流和辐射三种不同的方式可以将热量从一个身体转移到另一个身体,或者身体与环境之间。传导是通过固体材料转移能量。身体之间的传导发生在直接接触时,分子将其能量传递到界面。
对流是向流体介质或从流体介质传递热量。与固体接触的气体或液体中的分子向该身体传递或吸收热量,然后移开,允许其他分子移动到位并重复该过程。如同散热器一样,通过增加待加热或冷却的表面积,以及迫使流体在表面上移动,就像风扇一样,可以提高效率。
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