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       凍干技術(shù)基礎(chǔ)知識⑵

       上海東富龍科技有限公司 張耀平
 
       第二節(jié) 熱和溫度

       熱是物質(zhì)運動的形式之一。任何物質(zhì)都是由許許多多的分子所組成，而這些分子都在不停地作無規(guī)則的運動，我們稱之為熱運動。而這些無規(guī)則運動的分子所具有的能就叫做熱能。 熱能的大小用溫度來表示。溫度越高，分子運動越劇烈，物體的熱能也就越多；溫度低，分子運動就緩慢，物體的熱能就少。
       溫度就是表示物體熱或冷的程度，熱和冷是相對的，它們都是表示物體所含熱能的多少。增加物體的熱能叫做加熱；移去物體的熱能叫做制冷。 溫度常用攝氏和華氏二種溫標來表示。 攝氏溫標：在標準大氣壓下，以水的冰點為0℃。水的沸點為100℃。在0～100之間分成100等分，每一等分叫1℃。這種溫標就叫做攝氏溫標，用符號℃表示。 華氏溫標：在標準大氣壓下，以水的冰點為32。水的沸點為212，在32～212之間分成180等分，每一等分叫1°F。這種溫標就叫做華氏溫標，用符號°F表示。 華氏和攝氏可用下面的公式進行換： 華氏換攝氏：℃=5/9×（°F－32） 另外還有一種溫標叫做開氏溫標，以攝氏零下273.15度作為零度，也就是開氏零度等于攝氏零下273.15℃。
       開氏溫標用符號°K表示，開氏溫標也叫絕對溫標；開氏零度即零下273.15℃，也叫做絕對零度。絕對零度是達不到的。 溫度只能表示物體冷或熱的程度。溫度高或溫度低，不能從數(shù)量上來表示物體熱能的多少。因此就有熱量的概念。物體吸收或放出熱能的多少叫做熱量。計算熱量的單位是卡（cal）或千卡（kcal），千卡又叫大卡，1大卡（kcal）=1000卡（cal）?？ǎ╟al）的單位是這樣規(guī)定的：把1g水的溫度升高或降低1℃所吸收或放出的熱量規(guī)定為1卡（cal）。 還有一種熱量叫做英熱單位，它是這樣規(guī)定的：把1磅水的溫度升高或降低1°F所吸收或放出的熱量規(guī)定為1個英熱單位（BTU）。1英熱單位（BTU）=252卡（cal）。 質(zhì)量相同的不同物質(zhì)溫度升高1℃時所需要的熱量是不相同的，我們把單位質(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高或降低1℃時所吸收或放出的熱量，叫做這種物質(zhì)的比熱。單位是卡/克·度（cal/g·℃），讀作每克每度卡。
       一些物質(zhì)的比熱見表五。 表五 一些物質(zhì)的比熱(cal/g·℃) 物質(zhì)名稱 比熱 物質(zhì)名稱 比熱 水 1 銅 0.091 冰 0.43 鋼鐵 0.11 水蒸汽 0.45 鋁 0.21 R12 0.225 水銀 0.033 氨 0.52 玻璃 0.20 空氣 0.24 酒精 0.58 熱量能通過傳導、對流、輻射三種方式進行傳遞。

       ⒈傳導：在受熱不均勻的物體中，熱從高溫處依靠物體的分子逐漸傳到低溫處的現(xiàn)象，稱為熱的傳導。這種方式的熱交換一直進行到整個物體的溫度相等為止。傳導在固體、液體和氣體之間均能發(fā)生，傳導作用必須要使物體相互接觸才能完成。 所有的金屬是傳熱的良導體，非金屬是熱的不良導體。物質(zhì)傳導熱的能力可用導熱系數(shù)來表示。導熱系數(shù)是熱的傳導作用在1平方厘米cm²截面上1秒鐘內(nèi)溫差為1℃時通過長度1厘米的熱量卡數(shù)。單位：卡/厘米·度·秒（cal/cm·℃·s）。一些物質(zhì)的導熱系數(shù)見表六。 表六 一些物質(zhì)的導熱系數(shù)(cal/cm·℃·s) 物質(zhì)名稱 導熱系數(shù) 物質(zhì)名稱 導熱系數(shù) 銀 0.97 玻璃 0.0014～0.0018 銅 0.92 水 0.00142 鋁 0.50 冰 0.0055 鎢 0.48 空氣 0.000057 鐵 0.16 棉花 0.00014

       ⒉對流：在液體或氣體包括蒸汽中，熱量靠物質(zhì)的流動從一部分向另一部分轉(zhuǎn)移的傳遞方式稱為對流。含熱的液體或氣體，體積因熱而膨脹，密度減少，于是因重量減輕而上升，其周圍冷的部份就被補充其原來地位，形成了對流。熱的對流只發(fā)生在液體或氣體中，而且必與傳導同時發(fā)生。

       ⒊輻射：高溫熱源通過空間射向低溫物體，使低溫物體受熱升溫，這種熱量的傳遞方式叫做輻射。熱輻射與光相似，它以直線方式進行，可以在真空中傳播；輻射可以通過空氣和玻璃等透明介質(zhì)，而這些透明介質(zhì)本身吸熱極少。表面黑、粗糙的物體善于吸收熱；表面白亮光滑的物體不善于吸收熱和輻射熱，但善于反射熱。

       事實上，熱量傳遞的三種方式并非單獨進行，而是一種方式伴隨著另一種方式同時進行，或者是三種方式同時進行的。 為了衡量物體溫度高低的程度，就需要對溫度進行測量，溫度的測量是利用溫度計來完成的。常見的溫度計有液體溫度計、壓力式溫度計、雙金屬溫度計、熱電偶、熱電阻和熱敏電阻等。 液體溫度計是利用了某些液體的熱脹冷縮原理制成的，它封灌在一根細長的玻璃管中，一端有一個膨大部分，以容納工作液體。常用的液體有酒精、煤油、水銀等。 壓力式溫度計是利用了某些氣體的熱脹冷縮原理制成的，它實際上是一塊刻有溫度讀數(shù)的壓力表，壓力表通過一根毛細管與一個感溫包相連，溫度高低的變化引起了壓力表壓力的變化，根據(jù)讀數(shù)便測知了溫度的高低。 雙金屬溫度計是利用了二種不同金屬的不同熱膨脹系數(shù)原理制成的，雙金屬片卷成螺旋形。當溫度變化時，引起了雙金屬片的運動，從而帶動指針指示出了溫度。 熱電偶是利用不同的金屬絲一端焊接在一起時，在它們的二個游離端會隨溫度的變化而產(chǎn)生不同的電動勢，測量這個電動勢的大小便知道溫度的高低。 熱電阻是利用了金屬絲的電阻溫度系數(shù)原理制成的。一定長度的金屬絲，當溫度升高時電阻增加，溫度降低時電阻下降。利用惠斯頓電橋能測知溫度的高低。 熱電阻一般用鉑絲制作，因此又稱鉑熱電阻。 利用鉑電阻測量溫度的原理如圖二所示，在電橋的AB端接入電源，CD端接上電流表，假設(shè)R_t處于0℃，其阻值為100Ω，調(diào)整電阻R調(diào)在100Ω，這時R_t=R，電橋處于平衡狀態(tài)，CD兩端無電壓，電流表無讀數(shù)。當熱電阻R_t溫度增加或減少時，則R的電阻也增加或減少，于是R_t≠R，電橋不平衡，CD兩端有電壓輸出，電流表有讀數(shù)，這個讀數(shù)就反映了溫度的變化，刻上溫度便成為溫度計。 實際的測量電路比圖二要復雜得多，把輸出的信號通過適當轉(zhuǎn)換可以直接由數(shù)字顯示器進行溫度的直接顯示。改變電路的設(shè)計可以進行溫度的調(diào)節(jié)和控制。 熱敏電阻是利用了一種半導體材料，其導電性能隨溫度而變化，其測量溫度的原理同熱電阻相同。