正文 水杯裏的熱為什麼會跑掉(1 / 1)

水杯裏的熱水為什麼會變涼?冰凍的冰棍怎麼會冒氣?暖氣片安在什麼地方屋裏最暖和?這些我們司空見慣的涉及熱學的現象,卻少有人能說出其中包含的科學道理。

熱學作為物理學的一門分支學科,其任務是專門研究與物質冷熱程度有關的以熱現象為主要標誌的物質熱運動規律的學科。舉凡我們涉及的幾乎所有與溫度、冷熱相關的現象都能在這個學科中得到科學的解釋。如果你想知道上麵列舉問題的答案,請跟我來吧!

倒一杯開水,把它放在空氣中,不一會兒,這杯水就涼了。但是,如果把開水灌入熱水瓶中,就可以較長時間地保持開水的溫度。熱水瓶能夠保溫,是由熱水瓶膽的構造特征所決定的。原來,熱水瓶膽由兩層薄的玻璃外殼組成,兩層外殼之間抽去空氣,並在瓶膽一側鍍上一層薄薄的銀。熱水瓶膽有一個比它“身體”部分細得多的瓶口,瓶口上可以塞上軟木塞。正是這樣的構造使熱水瓶成了“心腸熱,外表冷”的保溫瓶。

當熱水瓶中灌入開水以後,熱水瓶的結構使水的熱量不能以通常方式進行傳遞。一是熱的對流被切斷。瓶內被加熱的空氣會尋找所有可能的“出口”往外跑,而外麵的冷空氣也會無孔不入地鑽進熱水瓶裏去。但是,由於瓶頸較細,又被軟木塞緊緊地塞住,因此熱對流的唯一通道被切斷。二是熱傳導被阻塞。雖然與金屬物品相比,空氣的導熱性能比較差,但瓶膽中的熱量仍然會通過玻璃外殼傳遞到瓶外的空氣中去。但是,由於瓶膽有兩層玻璃外殼,中間又抽成真空,因此熱傳導的媒介物——空氣變得非常稀薄,熱傳導的通道也被阻斷。三是熱輻射被杜絕。冬天,在太陽光下,我們會感到比較暖和,這正是太陽光的熱輻射造成的。由於熱水瓶膽鍍上了一層薄薄的銀,因此熱量的輻射受到了銀層的反射而被擋在瓶膽內部,這就使得熱輻射的途徑也被杜絕了。理想的情況是,瓶膽把傳熱的3種方式都阻斷以後,熱水瓶中的熱水可以永久地不會冷卻下來。但是,實際上熱水瓶的隔熱效果並不那麼完善,因此熱水瓶的保溫總有一個時間的限度,超過這個時間限度,熱水瓶就不再保溫了。

知識點

導熱性

金屬傳導熱量的性能稱為導熱性。一般說導電性好的材料,其導熱性也好。若某些零件在使用中需要大量吸熱或散熱時,則要用導熱性好的材料。如凝汽器中的冷卻水管常用導熱性好的銅合金製造,以提高冷卻效果。

導熱性能好的物體,往往吸熱快,散熱也快。

其大小用熱導率來衡量,熱導率的符號是λ,單位是W/(m·K)。

純金屬的導熱性好,其中銀(約418.6)最好,銅(約393.5),鋁(約211.9)次之,鎢(約166.2),鎂(約153.7)等再次之。

合金的導熱性比純金屬差。

延伸閱讀

真空(vacuum),按其詞源本義是虛空,即一無所有的空間。

在真空科學中,真空的含義是指在給定的空間內低於1個大氣壓力的氣體狀態。人們通常把這種稀薄的氣體狀態稱為真空狀況。這種特定的真空狀態與人類賴以生存的大氣在狀態(1)真空狀態下的氣體壓力低於1個大氣壓,因此,處於地球表麵上的各種真空容器中,必將受到大氣壓力的作用,其壓強差的大小由容器內外的壓差值而定。由於作用在地球表麵上的1個大氣壓約為101325N/m2,因此當容器內壓力很小時,則容器所承受的大氣壓力可達到1個大氣壓的壓力。

(2)真空狀態下由於氣體稀薄,單位體積內的氣體分子數,即氣體的分子密度小於大氣壓力的氣體分子密度。因此,分子之間、分子與其他質點(如電子、離子等)之間以及分子與各種表麵(如器壁)之間相互碰撞次數相對減少,使氣體的分子自由程度增大。