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1、与传热有关的生活知识1. 保温瓶在设计和使用中采取了那些防止热损失的措施？答：倒一杯开水，任它放著，不久就涼了。你想过吗，为什么热水会变凉的呢？原来这杯热水在它变成冷水之前，受着三种因素的作用：第一，周围的环境比它冷，热分子是非常活跃的，它不断跑到冷空气里去，以求得跟外界的温度一样，这叫做热的对流。第二，如果你在杯口上加一个盖，把对流的路断了，这杯水还是会冷的，不过时间要长些。現在的问题不是对流了，而是杯子有传热的性质，這叫做热的传导。第三，即使你想办法解决了杯子的传热问题，水还是会冷的。太阳射到我们身上，我们感到热呼呼的，这个热既不是对流过来的，也不是传导过来的，而是像光线一样，直射过来的，
2、这叫做热的辐射。夏天晚上，太阳已经下山了，但朝西的墙壁，还是散发着热，这也是热的辐射。因为热的辐射跟光的辐射一样，所以解决辐射问题最好的办法是把它挡回去。反射光线最好的是镜子，反射热最好的也是镜子。一只热水瓶胆，我们用塞子把它对流的路切断；用真空的办法把它传导的路切断；留下来的只有辐射了。把瓶胆涂上银，不是就像镜子一样了吗？这层银把热辐射挡了回去。第一，保温瓶瓶胆设计成玻璃夹层结构，夹层空气被抽出至接近真空，可防止对流散热损失。第二，瓶胆夹层内表面镀有银、铝等低黑度涂层，大幅度降低了辐射散热量。第三，瓶盖选用导热系数很小的软木制作，而且在灌水时在瓶颈处留有一段空气柱，因为空气的导热系数比水小得
3、多，从而降低了瓶口的导热损失。如果把暖水瓶的外壳拿掉，你就会看到暖水瓶里有一个玻璃做的胆。这个胆是用两层玻璃制的，中间没有空气，是一个“真空”。“真空”有一个特殊的本领，就是不容易传热。往瓶胆里灌了热水后，里面的热量不容易传出去，外面的冷也不容易传进来，热水就不容易变凉了。另外，暖水瓶胆上，还涂有光闪闪的一层银，它能把瓶胆里传出来的热反射回去。再加上瓶口上的软木塞，也不容易传热，所以，暖水瓶里的热水就不容易凉。保温瓶是用玻璃做的，瓶塞选用软木塞，瓶胆下面垫有橡皮垫，这些材料都是不容易传热的物体，隔断了热传导的通路。保温瓶胆用双层玻璃做成，两层之间抽成真空，这就破坏了对流传热的条件。两层玻璃都镀
4、上了水银层，好像镜子一样，能把热射线反射回去，又断绝了热辐射的通路。如果在保温瓶里灌上热水，热量就被关在里面，跑不出来；若是在保温瓶里放人冰棍，外面的热同样也不容易跑到瓶子里，冰棍就不容易化。2. 室内暖气片为什么只把外表面做成翅片形状？答：室内暖气片内部的热流体（热水）与片外的冷流体（空气）之间的传热属对流-传导-对流过程。因为暖气片外壁与空气的对流传热系数远小于片内水与内壁的对流传热系数，即片外的对流传热热阻为控制热阻。要增大冷热流体的换热速率，改善片外的对流传热状况至关重要。外表面做成翅片状后，一方面明显增大了传热面积，另一方面加剧了空气的湍动程度，破坏了层流内层，使总传热系数增大，这两
5、方面都可使对流传热速率大大增加，这就是室内暖气片只把外表面做成翅片形状的原因。3. 用火炉烧开水时，壶底温度是接近于火焰温度还是水的温度？答：由于温差与热阻成正比，而壶底金属材料导热系数很大，即热阻很小，所以可认为壶底内外表面的温度相同，统一用tw表示。忽略污垢热阻，设ti和to分别表示水和火焰温度。则由于水的对流传热系数i远大于空气的对流传热系数o，可知to-twtw -ti，即火焰和壶底温差远大于壶底和水的温差，也就是说twti。由此得出结论，壶底温度接近于水的温度。加热炉中，虽然火焰温度高于炉管材料的熔点，但由于里面有油品流动，管壁温度接近油品温度，所以炉管不会被烧穿。4. 用砂锅煮肉或
6、烧汤时，当汤水沸腾后从炉子上拿下来，则汤水仍会继续沸腾一段时间，而铁、铝锅却没这种现象，这是为什么？答：因为砂锅是陶土烧制成的，非金属的比热比金属大得多，而导热系数却比金属小得多。根据傅立叶定律，对于砂锅，壁厚b较大，导热系数较小，所以热阻较大，锅底两侧存在较大温差。当在炉子上加热时，锅外层的温度大大超过100，内层温度略高于100。此时，比热较大的砂锅吸收了很多热量，将砂锅从炉子上拿下来后，远高于100的锅的外层就继续向内层传递热量，使锅内的汤水仍达到100而能继续沸腾一段时间。同理铁、铝锅由于热阻小，锅底两侧温度基本相等。根据牛顿冷却定律，壁温总是接近于对流传热系数大（水沸腾）的一侧流体的
7、温度，即略高于100，所以铁、铝锅就不会出现这种现象。5. 从冰箱里取出冻肉，放在热水里还是冷水里解冻好？为什么答：用接近0的冷水最好。因为冻肉温度是在0以下，若放在热水里，冻肉从热水中吸收热量，其外层迅速解冻而使温度很快升到0以上，此时的肉层之间便有了空隙，里面充有气体，而气体导热系数很小，使内部的冻肉不易再吸热解冻而形成硬核。若将冻肉放在接近0的冷水中，则因冻肉吸热而使冷水温度很快降到0且部分水还会结冰。1克水结成冰可放出80卡热量，而1克水降低1只放出1卡热量，放出的如此之多的热量被冻肉吸收后，使肉外层的温度较快升高，而内层又容易吸收热量，这样，整块肉的温度也就较快升到0。如此反复几次，
8、冻肉就可解冻。此外，从营养学角度分析，这种均匀缓慢升温的方法也是科学的。6. 同样是35，为什么人在空气中会觉得很热，而在水中会觉得不凉不热呢？答：身体感觉凉或热，关键是散发热量的多少，在相同的时间里，散热越多，就感觉越凉快。根据热量衡算式，质量、热容越大，传热速率Q越大。水密度为空气密度的700多倍，即包围在人体周围的水的质量要比空气多700多倍。此外，水的热容比空气的热容大4倍左右，即1kg水升高1所需要的热量比1kg空气升高1所需要的热量约多4倍，合起来计算，如果从人体带走相同多的热量，需要的空气体积比水的体积大3000倍左右。显然，空气比谁散热慢得多。所以，相比之下，在35的空气中，人
9、好像穿了一件空气衣服一样，感觉很热，而在水中，同样是35，由于水逐渐吸收人体的热量，所以感觉不凉不烫。7. 夏季在维持20室内工作，穿单衣感到舒适，而冬季保持在22的室内工作时，为什么必须穿绒衣才觉得舒服？答：首先，冬季和夏季的最大区别是室外温度不同。夏季室外温度比室内温度高，因此通过墙壁的热量传递方向是由室外传向室内。而冬季室外气温比室内气温低，通过墙壁的热量传递方向是由室内传向室外。因此冬季和夏季墙壁内表面温度不同，夏季高而冬季低。因此，尽管冬季室内温度22比夏季略高20，但人体在冬季通过辐射与墙壁的散热比夏季高很多。根据人体对冷暖的感受主要是散热量的原理，在冬季散热量大，因此要穿厚一些的
10、绒衣。8. 为什么要及时清除冰箱内的结霜，否则耗电量就会增加？答：因为冰箱结霜相当于在冷流体（制冷剂）与热流体（空气）的传热过程中增加了一个附加热阻。因此，要保证冰箱内达到相同的空气温度，在结霜情况下必然要降低制冷剂的蒸发温度，而这是以增加压缩机功耗为代价的。 9. 冬天，经过在白天太阳底下晒过的棉被，晚上盖起来为什么感到很暖和？并且经过拍打以后，为什么效果更加明显？答：棉被经过晾晒以后，可使棉花的空隙里进入更多的空气。而空气在狭小的棉絮空间里的热量传递方式主要是导热，由于空气的导热系数较小，具有良好的保温性能。而经过拍打的棉被可以让更多的空气进入，因而效果更明显。10. 冬天，在相同的室外温
11、度条件下，为什么有风比无风时感到更冷些？答：假定人体表面温度相同时，人体的散热在有风时相当于强制对流换热，而在无风时属自然对流换热（不考虑热辐射或假定辐射换热量相同时）。而空气的强制对流换热强度要比自然对流强烈。因而在有风时从人体带走的热量更多，所以感到更冷一些。补充：人对冷暖感觉的衡量指标是散热量的大小而不是温度的高低，即当人体散热量低时感到热，散热量高时感到冷，经验告诉我们，当人的皮肤散热热流为58W/时感到热，为232W/时感到舒服，为696W/时感到凉快，而大于为928W/时感到冷。11. 为什么一到夏季，人们爱到海滨或高山上去避暑呢？答：由于砂石、土壤的比热比水小，根据热量衡算式，相
12、同质量的石头和水如果吸收相同的热量，石头温升要高得多。此外，水还要不断蒸发，消耗大量的热量，这样使得水的温度升高就更慢了，所以海滨比较凉爽。 高山上比平原离太阳更近一些，夏季为什么反而比较凉爽呢？根据辐射传热知识，气体只能部分的吸收一定波长范围的辐射能。空气几乎不吸收太阳光的短波辐射，所以当阳光穿过空气的时候，几乎不能把它晒热，而晒热的是地面。地面同时又会以长波向空气中辐射热量，长波容易被大气中的水汽、尘埃等吸收，从而使气温大大增加。显然地势越高，空气得到的地面辐射给它的热量越少，气温就越低。同时，地面还以对流的方式把热量传递给它上面的大气，进一步使得离地面越近，温度越高。据测定，从地面每升高
13、1000m，夏季气温要下降6左右。12. 将一碗热稀饭置于一盆凉水中进行冷却。为使稀饭凉得更快一些，你认为应该搅拌碗中的稀饭还是盆中的凉水？为什么？答：从稀饭到凉水是一个传热过程。显然，稀饭和水的换热在不搅动时属自然对流。而稀饭的换热比水要差。因此要强化传热增加散热量，应该用搅拌的方式强化稀饭侧的传热。13. 在寒冷的北方地区，建房用砖采用实心砖还是多孔的空心砖好？为什么？答：在其他条件相同时，实心砖材料如红砖的导热系数约为0.5W/（mK）（35），而多孔空心砖中充满着不动的空气，空气在纯导热（即忽略自然对流）时其导热系数很低，是很好的绝热材料。因而用多孔空心砖好。14. 人造地球在卫星在返
14、回地球表面时为何容易被烧毁？答：卫星在太空中正常运行时，其表面的热量传递方式主要依靠与太空及太阳等星体的辐射。而在卫星返回地面的过程中，由于与大气层之间的摩擦，产生大量的热量，无法及时散失，因而易被烧毁。15. 北方深秋季节的清晨，树叶叶面上常常结霜，试问树叶上、下表面的哪一面结霜？为什么？答：霜会结在树叶上的表面。因为清晨，上表面朝向太空，下表面朝向地面。而太空表面的温度低于摄氏零度，而地球表面温度一般在零度以上。由于相对树叶下表面来说，其上表面需要向太空辐射更多的能量，所以树叶下表面温度较高，而上表面温度较低且可能低于零度，因而容易结霜。16. 窗玻璃对红外线几乎不透明，但为什么隔着玻璃晒
15、太阳却使人感到暖和？答：窗玻璃对红外线不透明，但对可见光却是透明的，因而隔着玻璃晒太阳，太阳光可以穿过玻璃进入室内，而室内物体发出的红外线却被阻隔在窗内，因而房间内温度越来越高，因而感到暖和。17. 在太阳系中地球和火星距太阳的距离相差不大，但为什么火星表面温度昼夜变化却比地球要大得多？答：由于火星附近没有大气层，因而在白天，太阳辐射时火星表现温度很高，而在夜间，没有大气层的火星与温度接近于绝对零度的太空进行辐射换热，因而表面温度很低。而地球附近由于大气层（主要成份是CO2和水蒸气）的辐射作用，夜间天空温度比太空高，白天大气层又会吸收一部分来自太阳的辐射能量，因而昼夜温差较小。18. 电影泰坦尼克号里，男主人公杰克在海水里被冻死而女主人公罗丝却因躺在筏上而幸存下来。试从传热学的观点解释这一现象。答：杰克在海水里其身体与海水间由于自然对流交换热量，而罗丝在筏上其身体与空气之间产生自然对流。在其他条件相同时，水的自然对流强度要远大于空气，因此杰克身体由于自然对流散失能量的速度比罗丝快得多。因此杰克被冻死而罗丝却幸免于难。19. 什么原因导致暖气不热答：1）暖气整体热不起来，最有可能室外进水、回水阀门没有打开。2）单户局部不热，可能由于顶楼未放气造成。3）暖气片半热半凉，可能因为尾部聚气。4）在保证循环压力温度的情况下，不热的主要原因为气堵，放气即可解决。2
