**传导(conduction)**通过粒子振动和自由电子在物质内部传递热能。**对流(convection)**通过受热流体的运动带走热能。**辐射(radiation)**以红外波的形式传递,完全不需要物质。考试要求你先说出是哪种过程,再用粒子解释。
这一课接在用粒子模型解释热膨胀之后,因为对流依赖于受热流体密度变小。
三种方式各是怎样运作的?
**传导。**热端的粒子振动更强,通过碰撞把能量传给邻近的粒子。在金属中,自由电子也会穿行并更快地带走能量。金属是良导体。木头、塑料、羊毛和空气是不良导体,也叫绝缘体。
**对流。**只发生在液体和气体中。受热的流体膨胀,密度变小,于是上升。较冷、较密的流体下沉来填补位置。结果形成循环流动,把能量带到各处。
**辐射。**每个物体都会发出红外辐射,温度越高发出越多。它以光速的波传播,不需要介质。深色、粗糙的表面是良好的吸收体和发射体。浅色、光亮的表面吸收和发射都差,因为它们会反射大部分辐射。
如何判断题目问的是哪种过程
- 有固体并且有接触吗?想到传导。
- 有流体在流动,因为某处更热吗?想到对流。
- 能量是穿过真空,或没有接触的空气吗?想到辐射。
- 可能几种同时发生,所以要分别说出每一种以及它作用的位置。
例题
一台小型电暖器放在房间地板上。一位学生坐在两米外,觉得暖和。
暖器外壳摸起来很烫。说出 (a) 外壳、(b) 两米外的暖意、(c) 暖空气升到天花板分别涉及什么过程。(虚构情境。)
(a) 能量从热的发热元件经金属外壳以传导方式传递。金属导热好,所以外壳变烫。
(b) 学生感到暖是因为辐射,能量以红外波的形式穿过空气。中间的空气是不良导体,而对流使空气向上流动,不是横向流向学生。
(c) 暖器旁的空气被加热、膨胀、密度变小。密度较小的空气上升,较冷、较密的空气沿地面流过来补充。这就是对流气流。
需要提防的错误
错误答案:“热会上升,所以热空气去了天花板。”
“热”不是会上升的物质。空气上升是因为它的密度较小。
正确的写法是:暖空气膨胀,密度比周围空气小,所以上升。较冷的空气密度较大,所以下沉。一定要写出密度这一步,这才是得分的关键。
自我检测
1. 为什么把金属勺留在热汤里会烫手,而木勺不会?
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金属是良导体,自由电子和振动的粒子会很快把能量传到你的手上。木头是不良导体,能量沿着它传得很慢。
2. 为什么冷气机通常装在墙的高处?
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冷气机冷却附近的空气。冷空气密度较大而下沉,较暖的空气上升补位,再被冷却。装在高处能形成对流气流,使空气在整个房间中循环。
3. 哪种过程把能量从太阳传到太空中的卫星?
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**辐射。**太空几乎是真空,没有粒子就无法发生传导和对流。
接下来学什么
想了解图表如何显示能量的得失,请继续学区分温度与热能。这三种方式还会出现在根据给定结构解释隔热中,在那里你要判断每个设计特征减少了哪一种。
有些学生能说对过程名称,却在粒子解释上丢分。我们的老师会在线上一对一物理补习中和你练习这种表述。