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  • 1 # 使用者3526209610804

    熱量是熱傳遞過程中交換的能量,不同於熱能是一種狀態量,熱量是一個過程量。

    以下來自我可愛的熱學書:

    高等教育出版社

    第三版

    《熱學》

    李椿 章立源 錢尚武 著 (這本哦)

    做功是熱力學系統間相互作用的一種方式 .外界對系統做功會使系統的狀態發生變化。熱力學系統相互作用的另一種方式是熱傳遞,溫度不同的兩個物體A和B互相接觸後,熱的物體要變冷,冷的物體要變熱,最後達到熱平衡具有相同的溫度T。對於這種現象,人們很早就引人了熱量的概念,認為在這過程中有熱量從高溫物體傳遞給低溫物體兩系統的熱運動狀態都因為熱傳遞過程而發生變化,但這裡沒有做功。做功和傳熱是系統間相互作用的兩種方式,每一種都可使系統的宏觀狀態發生變化。

    熱量的本質是什麼?這曾是歷史上長期爭論過的問題,在17世紀,一些自然哲學家,如培根(Bacon)、玻意耳(Boyle)、胡克(Hooke)和牛頓(Newton)等都認為熱是物體微粒的機械運動.然而到18世紀,隨著化學、計溫學和量熱學的發展,人們提出了“熱質說”.這種學說認為熱是一種看不 見的、沒有重量的物質,叫做熱質,熱的物體含有較多的熱質,冷的物體含有較少的熱質;熱質既不能產生也不能消滅,只能從較熱的物體傳到較冷的物體,在熱傳遞過程中熱質量守恆是物質量守恆的表現按照熱質說,把固體熔化和液體蒸發都看做是熱質與固體和液體物質間發生化學反應的結果。

    1798年,倫福德(Rumford)用實驗事實揭示出熱質並不守恆。他觀察了用鑽頭加工炮筒時摩擦生熱現象。按照熱質說的解釋,當金屬被鑽頭切削成碎屑時,放出了一部分熱質因而有熱量產生,這樣看來,被切削成屑的金屬量趙多,就應產生越多的熱量,但是,倫福德發現用鈍鑽頭加工炮簡比用銳利的鑽頭能產生更多的熱量,同時切削出的金屬碎屑卻反而少,這顯然和熱質說相矛盾,另外,當繼續不斷摩擦時所產生的熱量看來是取之不盡的,而若設想能從一物體中取出無窮無盡的熱質是不可思議的,所以倫福德認為熱並不是一種物質,這麼多的熱量只能來自鑽頭克服金屬摩擦力所做的機械功,他還用具體的實驗資料表明,摩擦所產生的熱近似地與鑽孔機做的機械功成正比。

    焦耳(Joule)深信熱是物體中大量微粒機械運動的宏觀表現。他認為應以大量確鑿的科學實驗為基礎來建立這一新理論,從 1840年到1879年,焦耳進行了各種實驗,在實驗中精確地求得了功和熱量互相轉化的數值關係(熱功當量),焦耳改進了摩擦生熱的實驗方法,從而能精確測量所做機械功與所產生的熱量。焦耳的實驗裝置如圖5-9所示,用重物下落做功(從而使重物的重力位能減少)去帶動許多葉片轉動,這些葉片攪拌水摩擦生熱使水溫升高,盛水的容器與外界沒有熱量交換。用這種裝置經過大量實驗後,焦耳證實,對於在55°F到60°F之間的水而言,在曼徹斯特(北緯53.27°)地點,使一磅水(合0.4536kg)升高1°F 總是需要772呎磅的功。

    焦耳還用其他型別的裝置做了實驗.一個很重要的實驗是用電功使水溫升高,圖5-10是示意圖。把水和電阻器R作為熱力學系統與外界絕熱,透過電源對系統做電功升高水溫.結果發現,使水升高同樣溫度所需的電功,在實驗誤差範圍內和前面裝置的測量值相一致. 焦耳做的其他型別的測熱功當量的實驗還有:使葉片攪拌容器中的水銀摩擦生熱而升溫;在水銀中使兩鐵環互相摩擦生熱;壓縮或膨脹空氣而做功等。所有的實驗都在誤差範圍內得到了一致的結果。

    焦耳的實驗工作以大量確鑿的證據否定了熱質說.一定熱量的產生(或消失)總是伴隨著等量的其他形式能量(如機械能,電能)的消失(或產生),這說明,並不存在什麼單獨守恆的熱質,事實是熱與機械能電能等合在一起是守恆的。

    綜上所述,熱量不是傳遞著的熱質,而是傳遞者的能量。做功與傳熱是使系統能量發生變化的兩種不同的方式。做功與系統在廣義力作用下產生廣義位移聯絡,而傳熱則是基於各部分溫度不一致而發生的能量的傳遞。

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