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比较传导、对流和辐射

三种方式的名字你都会说,但一道有热饮和风扇的题还是让人难以选择。

本页内容
  1. 三种方式各是怎样运作的?
  2. 如何判断题目问的是哪种过程
  3. 例题
  4. 需要提防的错误
  5. 自我检测
  6. 接下来学什么

**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

  1. 有固体并且有接触吗?想到传导。
  2. 有流体在流动,因为某处更热吗?想到对流。
  3. 能量是穿过真空,或没有接触的空气吗?想到辐射。
  4. 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?

查看答案

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?

查看答案

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?

查看答案

**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。

常见问题

哪种方式可以穿过真空?

只有辐射。红外线和其他电磁波不需要粒子,所以能量才能穿过空无一物的太空从太阳到达地球。传导和对流都需要粒子来传递能量,因此无法在真空中发生。

为什么固体中不会发生对流?

对流需要流体,也就是液体或气体,因为粒子必须能从一处移动到另一处,并把能量带走。固体中的粒子只在固定位置附近振动,无法流动。

为什么金属比其他固体导热更好?

金属里有自由电子,能在金属内部快速运动并带走能量,同时粒子振动也在传递能量。非金属只靠振动,所以传导慢得多。

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下一步

如果三种方式在考试措辞下混在一起,一对一的老师可以给你新的情境,直到你能自信地分清它们。

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