分子动理论

分子动理论 如何用分子动理论来解释热传递的三种方式？

跟胖哥学文化 热传递的微观解释r本质上讲，热传递是内能一种转移。

内能是组成物体分子的无规则热运动动能和分子间相互作用势能的总和。

物体的内能应该包括其中所有微观粒子的动能、势能、化学能、电离能和原子核内部的核能等能量的总和，但在一般热力学状态的变化过程中，物质的分子结构、原子结构和核结构不发生变化，所以可不考虑这些能量的改变。

但当在热力学研究中涉及化学反应时，需要把化学能包括到内能中。

r要发生热传递，必须存在温度差。

因为很多物体之间存在渗透现象，说明有的物体之间的分子会发生交换。

交换，就必然互相之间存在能量的交换。

只是交换有时是对等的，即温度相同的两个物体也会发生热传递，而不是不会发生热传递。

当交换对等时，即交换双方（热传递）速度相等时，两个物体的温度各自保持原有状态；当交换速度不对等时，则产生高变低、低变高的变化。

当两个物体温度不同，这个时候能力交换就不会对等。

温度不相同的两个物体它们各自的分子运动激烈的程度是不同，于是交流时运动激烈的一方就会到运动不激烈的一方。

r热传递有三种方式：传导、对流和热辐射。

从微观角度来看，他分子在交换热量是方式存在天壤区别。

r导热说穿了就是分子运动发生碰撞过程。

这种方式是指依靠物质的分子、原子和电子的振动、位移和相互碰撞而产生热量传递的方式。

不同物质，由于分子排列方式和相互吸引力不同，在平衡位置振动情况不一样，所以能够发生碰撞情况也差异很多，从宏观上表现为他们导热能力也截然不同。

r由于气态、液态和固态物质中分子运动所受到相互作用力不同，因为在导热过程中分子碰撞方式存在很大差别，同时导热的机理存在不同。

r气体的热量传递是气体分子作不规则热运动时相互碰撞的结果。

气体分子的动能与其温度有关，高温区的分子具有较大的动能，即速度较大，当它们运动到低温区时，便与低温区的分子发生碰撞，其结果是热量从高温区转移到低温区。

r固体分子移动有两个方式晶格振动和自由电子的迁移。

在非导电的固体中，主要通过分子、原子在晶体结构平衡位置附近的振动传递能量；对于良好的导电体如金属，类似气体分子的运动，自由电子在晶格之间运动，将热量由高温区传向低温区。

由于自由电子的数目多，所传递的热量多于晶格振动所传递的热量，因此良好的导电体一般都是良好的导热体。

r液体的结构介于气体和固体之间，分子可作幅度不大的位移，热量的传递既依靠分子的振动，又依靠分子间的相互碰撞。

在物体各部分之间不发生相对位移的情况下，如固体、静止的液体和气体中以导热方式发生的热量传递过程，称为热传导。

r我们学过，对于物体由于气体和液体物质分子可以从一个平衡状态转移到另一个平衡状态，宏观上分子表现为流动性。

热对流由于温度不同，流体内部分子间隙不同，宏观上表现为不同部位，分子的密度是不同的。

因此密度大会下沉，密度小会上升，从而引起物理内部流动性，在流动过程中冷热分子之间发电生热量交换。

对流这种传递方式仅发生在液体和气体中。

由于流体中的分子同时进行着不规则的热运动，因此对流必然伴随着导热。

r根据引起流体质点位移(流体流动)的原因，可将对流传热分为自然对流传热和强制对流传热。

自然对流传热是指由于流体内部温度的不均匀分布形成密度差，在浮力的作用下流体发生对流而发生的传热过程，例如暖气片表面附近空气受热向上流动的过程。

强制对流传热是指由于水泵、风机或其他外力引起流体流动而发生的传热过程。

流体进行强制对流传热的同时，往往伴随着自然对流传热。

r根据流体与壁面传热过程中流体物态是否发生变化，可将对流传热分为无相变的对流传热和有相变的对流传热。

无相变的对流传热指流体在传热过程中不发生相的变化；而有相变的对流传热指流体在传热过程中发生相的变化，如气体在传热过程中冷凝成液体，或液体在传热过程中沸腾而转变为气体。

r 对于热辐射，它进行热量传递更为复杂。

因为热辐射中是以电磁波形式来传递能量。

人们在人认识热辐射总结许多规律，概括起来，热辐射特点：热辐射的特点：r 1、任何物体，只要温度高于0K ，就会不停地向周围空间发出热辐射；2、可以在真空和空气中传播；3、伴随能量形式的转变；4、具有强烈的方向性；5、辐射能与温度和波长均有关；6、发射辐射取决于温度的4次方。

r物体因自身的温度而具有向外发射能量的本领，这种热传递的方式叫做热辐射。

热辐射虽然也是热传递的一种方式，但它和热传导、对流不同。

它能不依靠媒质把热量直接从一个系统传给另一系统。

热辐射以电磁辐射的形式发出能量，温度越高，辐射越强。

辐射的波长分布情况也随温度而变，如温度较低时，主要以不可见的红外光进行辐射，在500℃以至更高的温度时，则顺次发射可见光以至紫外辐射。

热辐射是远距离传热的主要方式，如太阳的热量就是以热辐射的形式，经过宇宙空间再传给地球的。

r辐射换热是依赖于电磁波或光子来传递能量，它不需要中间介质。

因此两物体进行辐射换热时，不需要直接接触，这是辐射换热与导热及对流换热的重要区别之一，辐射是一种以电磁波传播能量的现象。

物体会因各种原因发出辐射能。

其中因热的原因而发出辐射能的过程称为热辐射。

以电磁波的形式发射而在空间传播，当遇到另一物体则部分地或全部地被吸收，重新又转变为热能。

热辐射与热传导和对流传热不同，辐射不仅是能量的转移而且伴有能量形式的转化。

此外，辐射能可以在真空中传播，不需要任何物质作媒介。

工业上最重要的热辐射是固体间的相互辐射，并且只有在高温下辐射才能成为主要的传热方式。

液体和气体也能以辐射的方式传递热量，但在总的热传递中仅占极小部分。

人造卫星、宇宙飞船在太空中运行时，辐射换热将是十分重要的换热方式。

r2018年10月26日于宜昌市尚书巷弄石斋r