疯狂STEM:物理(全5册)
上QQ阅读APP看本书,新人免费读10天
设备和账号都新为新人

热能

热能是能量的一种形式。热的物体具有热能,这种能量“储存”在物体内部振动的原子或分子中。这些粒子振动得越厉害,物质的温度就越高,而低温物体中的粒子振动得不那么剧烈。

能量有许多不同的形式。例如,光和电都是能量的形式。运动的物体具有动能,而静止的物体具有势能。此外,每个物体都含有一定的内能,这些内能存在于构成该物体的原子或分子的微小振动中。我们把这种内能称为“热能”。严格来讲,热能指的是从一个较热的物体转移到一个较冷的物体的能量——因为它们两者的温度不同。

一根烧得通红的钉子比一桶温水要热得多,但是,这桶温水比烧红的钉子含有更多的热能。热的程度就是一个物体的温度,它取决于该物体的组成粒子(原子、分子等)振动的剧烈程度。这桶温水比钉子含有更多的粒子,因此尽管这桶温水的温度要比烧红的钉子低得多,但这桶温水却“储存”了更多的热能。对一个物体加热会使其温度升高,而使它散热则会产生相反的效果——使其温度降低。

科学词汇

卡路里:热量单位,简称卡,等于在1个大气压下,将1克水提升1摄氏度所需要的热量。

大卡:1000卡路里。

焦耳:能量单位,等于1牛顿的作用力在力的方向上移动1米距离所做的功。

森林火灾在大风的助势下很快就失去了控制,这说明了火的巨大潜在破坏力。

热量单位

热能是能量的一种形式,热量是热能改变的一种量度,它的单位是焦耳(J)。1焦耳等于1牛顿的作用力在力的方向上移动1米距离所做的功。所有形式的能量和功都可以用焦耳来计量。

另外一个比较传统的热量单位是卡路里(cal)。1卡路里等于在1个大气压下,将1克水提升1摄氏度所需要的热量。卡路里是一个很小的单位,在实际运用中,人们通常使用千卡(kcal)作为单位。1千卡等于1000卡路里。不过让人困惑的是,研究食物能量值的营养师通常称这个单位为“大卡”(Cal),即1大卡等于1千卡,也就是1000卡路里。通常情况下,食物标签中会忽略大写C,所以一颗标着“200cal”的糖果实际上含有200大卡的能量——足以使2千克的水沸腾。

有时候我们需要把卡路里换算成焦耳(或者反过来把焦耳换算成卡路里),记住,1卡路里大约等于4.2焦耳。

小实验

热水更稀

热水比冷水更“稀”,因此热水更容易流动。下面是一个简单的演示实验。

实验步骤

准备两个干净的纸杯(如果纸杯之前用过,请彻底清洗干净)。用大头针在两个杯子的底部中心位置戳一个小孔。小心地向其中一个纸杯中倒入大约3/4杯热水(接近沸腾),然后将纸杯放在一个平口玻璃杯上面。往另一个纸杯中倒入同样3/4杯冷水,并加入几块冰块,然后把这个杯子放在另一个平口玻璃杯上面。现在观察两个杯子底部小孔位置的水滴滴落的速度。

热水会比冷水更快地通过杯底的小孔。这是因为热水“更稀”——用科学术语来讲就是,热水的黏性更小(黏性越大,液体就越稠,如糖浆)。热水中的水分子比冷水中的水分子运动要快得多,正因如此,它们才更容易发生相互滑动,才会更快地穿过小孔。

热水从小孔中滴落的速度比冷水快。