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熱是能量的形態(tài)之一。與動能、電能及位能等一樣,也存在熱能。熱能的單位用“J”(焦耳)表示。1J能量能在1N力的作用下使物體移動1m,使1g的水溫度升高0.24℃。
1 J=1 Nm=4200 J/kg℃*0.24 ℃*0.001 kg
設(shè)備會持續(xù)發(fā)熱。像這樣,熱量連續(xù)不斷流動時,估計用“每秒的熱能量”來表示會更容易理解。單位為“J/s”。J/s也可用“W”(瓦特)表示。 1 W=1 J/s
不只是熱量,所有能量都不會突然生成,也不會突然消失。它們不是傳遞到其他物質(zhì)就是轉(zhuǎn)換為其他形態(tài)的能量。 比如,100J的能量可在100N力的作用下將物體移動1m。使該“物體移動”后,能量并不是消失了。比如,使用能量向上提升物體時,能量會以位能的形態(tài)保存在物體中。使用能量使物體加速運動時,則以動能的形態(tài)保存在物體中。 100J的能量可使100g水的溫度升高約0.24℃。這并不是通過升高水的溫度消耗了100J的能量。而是在水中作為熱能保存了起來。 如上所述,能量無論在何處都一定會以某種形態(tài)保存起來。能量既不會憑空消失,也絕不會憑空產(chǎn)生。這就是最重要“能量守恒定律”。
現(xiàn)在大家已經(jīng)知道熱是一種能量,其單位用J表示了吧!能量會流動,如果表示每秒的能量,單位則為W。 那么讓我們回到最初提出的那個問題。℃是溫度單位。溫度是指像能量密度一樣的物理量。它只不過是根據(jù)能量的多少表現(xiàn)出來的一種現(xiàn)象。即使能量相同,如果集中在一個狹窄的空間內(nèi),溫度就會升高,而大范圍分散時,溫度就會降低。 接通電源后一段時間內(nèi),多半轉(zhuǎn)換的熱能會被用于提高裝置自身的溫度,而排出的能量僅為少數(shù)。之后,裝置溫度升高一定程度時,輸入的能量與排除的能量必定一致。否則溫度便會無止境上升。
熱傳遞的方式。
熱能傳遞只有3種方式。分別為“傳導(dǎo)”、“對流”及“熱輻射”。請注意,傳導(dǎo)與對流表面文字相似,但絕不相同!
傳導(dǎo)是指在物體(固體)中傳播的熱能的傳遞。鋁和鐵的導(dǎo)熱性都很出色。這就是傳導(dǎo)。 如果用數(shù)值表示導(dǎo)熱性,樹脂為0.2~0.3,鐵為49,鋁為228,銅為386。這些都是指該物質(zhì)的導(dǎo)熱率,單位為“W/(m·℃)”。越容易導(dǎo)熱的物質(zhì),該數(shù)值越大。 如果用一句話來表述導(dǎo)熱率的含義,即“有一種長1m、斷面積為1m2的材料,其兩端的溫度差為1℃時,會流動多少W”。如果將其單位“W/(m·℃)”寫成
大家是不是立刻就明白了呢? 對流是指熱能通過與物體表面接觸的流體,從物體表面向外傳遞的方式。請大家聯(lián)想一下吃熱拉面時的情景。用嘴吹一下,拉面就會變涼。那就是利用熱對流使熱從拉面表面向吹出的空氣傳遞的結(jié)果。 這也可用數(shù)值表示。比如,流體為水,散熱面水平放置時,自然對流就為(2.3~5.8)×100,受迫對流就為(1.2~5.8)×1000,水沸騰時就為(1.2~2.3)×10000。這就是各種情況下的傳熱系數(shù),單位為“W/(m2·℃)”。 這個單位很容易理解。由于是“W/(面積·溫度差)”,因此它的意思就是“面積為1平方米的面與周圍流體的溫度差為1℃時,會從該面?zhèn)鬟f多少W熱量”。
該傳熱系數(shù)受散熱面設(shè)置狀況的影響較大。根據(jù)流體的種類、流速及流動方向等,數(shù)值會發(fā)生變化。因此,計算傳熱系數(shù)的公式會根據(jù)不同的情況發(fā)生改變。 比如,有一個溫度均勻的平板,如果在與其平行的方向受迫流動空氣時(受迫對流),可用左圖的公式求出傳熱系數(shù)。從該公式可知以下兩點。 1、傳熱系數(shù)與流速的平方根成比例 。比如: 流速提高至2倍,傳熱系數(shù)也只提高至1.4倍 2、如果冷卻面積相同,流動的距離越長,傳熱系數(shù)越低。比如:在冷卻面上流動的空氣吸熱后,會在溫度上升的同時繼續(xù)流動,因此冷卻能力會越來越弱 總之,冷卻熱的物體時,與使用強風(fēng)使其冷卻的方法相比,橫向擴(kuò)大散熱面,使整體通風(fēng)的方法更有效。 下面介紹一下自然對流的情況。空氣自然對流時的傳熱系數(shù)用下圖的公式求解。 這里出現(xiàn)兩個新詞,分別為“姿勢系數(shù)”和“代表長度”。這些是根據(jù)面的形狀及設(shè)置方向定義的。右圖分別顯示了垂直和水平設(shè)置平板時的情況,其他面形狀及設(shè)置方向也各有姿勢系數(shù)及代表長度。
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