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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，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αi远大于空气的对流传热系数αo，可知to-tw?tw-ti，即火焰和壶底温差远大于壶底和水的温差，也就是说tw≈ti。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λ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℃

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，

若将冻肉放在接近0℃的冷水中，则因冻肉吸热