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导热系数的前世今生

2026/2/2 17:16:38发布29次查看
生活中我们是否经常会有这样的疑问,例如,冬天的棉被经过拍打之后为什么感觉特别暖和?为什么要及时清除冰箱内的结霜,否则耗电量会增加?住新房为什么感觉比住旧房更冷?
其实这些现象都离不开一个重要的物理量——导热系数。那么什么是导热系数呢?它的研究经历了哪些阶段?上面提到的现象到底该如何解释?不要急,我们先从导热系数的研究史说起——导热系数的研究历史。
说起对导热系数的研究,那要追溯到18世纪30年代。英国工业革命催生了“传热学”的兴起。
我们都知道,热量传递有三种方式——传导、对流、热辐射。这三种传热方式的基本理论的确立,都经历了一个特别的过程。为了方便大家理解,就来扒一扒它们的研究史吧!
一、导热研究
18世纪至19世纪初,英国化学家布莱克提出“热素说”,认为热是一种没有质量,没有体积的流体物质,热素可以进入一切物体内部,物体含有热素越多,温度就越高,反之则越低。这显然是一种错误的解释,因为它不能解释摩擦生热的现象。
1798年,伦福特钻炮筒大量发热试验和1799年的戴维用两块冰摩擦生热转化为水的实验,了这一假说,确立了热源来源于物体本身内部的运动。
1804年,毕渥根据实验提出了每单位时间通过每单位面积的导热热量正比于两侧表面温差,反比于壁厚,比例系数是材料的物理性质。
1822年,傅里叶发表《热的解析理论》,正确概括了导热的实验结果,被称为“傅里叶定律”,公式如下:
其中为单位时间内传导的热量,为材料的导热系数,a为热量通过的截面积,为垂直于截面上的温度变化率。
他推导的导热微分方程是导热问题正确的数学描写,成为求解大多数工程导热问题的出发点。因此,傅里叶被*为导热理论的奠基人。
传导过程的特点是物体各部分之间不发生相对位移,依靠分子,原子及自由电子的热运动传递能量。固体,液体,气体都会发生热传导。
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