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热的传递说课稿讲课教案_图文

一、热传递的基本概念

(1)热传递是自然界和工程技术中普遍存在的现象，它是热量从高温区域向低温区域转移的过程。根据物理学的研究，热传递的方式主要有三种：传导、对流和辐射。其中，传导是通过物质内部的分子振动和碰撞来传递热量；对流是依靠流体（液体或气体）的流动来传递热量；辐射是通过电磁波的形式传递热量。热传递的速率受到多种因素的影响，包括物体的材料、温度差、接触面积和介质的热导率等。

(2)以传导为例，金属是良好的导热体，因此在工程设计中常使用金属来制造散热器、散热片等散热元件。例如，家用空调的室外机通常由铜制成，因为铜的导热系数高，能够迅速将空调运行时产生的热量传递到室外。实验数据显示，铜的导热系数约为401W/(m·K)，远高于木材（约0.12W/(m·K)）和塑料（约0.2W/(m·K)）。在实际应用中，热传导效率的高低直接影响到设备的工作效率和能源的消耗。

(3)对流在自然界和工程应用中同样重要。例如，地球上的气候系统就是通过对流来调节温度分布。海洋表面的暖水流向两极，而极地的冷水则流向赤道，这种循环被称为海洋环流。海洋环流不仅影响全球气候，还对渔业和生态系统产生重要影响。在对流加热的工程应用中，如锅炉、热水器等，流体（水或空气）在加热面的作用下流动，将热量传递到需要加热的介质中。例如，家用热水器中，通过水泵使水在加热元件周围流动，将电能转化为热能，进而加热生活用水。对流热传递的效率受流体速度、流体性质和温度差的影响较大。

热传递的三种方式

(1)热传递的第一种方式是传导，它发生在固体内部，通过物质分子间的相互碰撞和振动来传递热量。例如，当我们用手触摸一个热金属棒时，热量会通过金属棒迅速传导到我们的手上。传导的速度取决于物质的导热性能，金属通常具有很高的导热系数，因此传导速度较快。在建筑行业中，利用金属的传导性来设计散热器，可以将热量从高温区域传递到低温区域，提高能源利用效率。

(2)第二种方式是对流，主要发生在流体（液体或气体）中，通过流体的宏观运动来传递热量。对流在自然界和工业中都有广泛应用。比如，在海洋中，暖水流向两极，冷水流向赤道，这种大规模的对流运动形成了海洋环流，对全球气候产生了深远影响。在工业上，对流加热广泛应用于锅炉、热交换器等设备，通过流体循环来提高热能利用效率。对流的效果受流体流速、密度和温度差等因素的影响。

(3)第三种方式是辐射，它是一种通过电磁波（主要是红外线）传递热量的方式，不需要介质即可进行。太阳辐射是地球上最重要的能量来源，它将太阳的热量传递到地球表面，为地球上的生物提供了生存所需的能量。在工程领域，辐射加热常用于烤箱、太阳能热水器等设备。由于辐射不受大气和固体介质的阻碍，因此在真空或高真空环境下，辐射成为唯一的热传递方式。此外，辐射热传递在红外线探测器、遥感技术等领域也有广泛应用。

三、热传递的原理与计算

(1)热传递的原理基于能量守恒定律，即热量总是从高温物体传递到低温物体，直到两者达到热平衡。热传递过程中，热量传递的速率可以用傅里叶定律来描述，该定律指出热量传递的速率与温度梯度、传热面积和材料的导热系数成正比。傅里叶定律的数学表达式为：Q=-kA(dT/dx)，其中Q是单位时间内传递的热量，k是材料的热导率，A是传热面积，dT/dx是温度梯度。在计算热传递时，需要考虑物体表面的温度、物体的几何形状、材料的热物理性质以及环境因素。

(2)在实际计算中，热传递问题通常涉及复杂的热传导方程，该方程描述了温度随时间和空间的变化。对于稳态热传导问题，可以使用分离变量法求解，将温度函数分解为空间函数和时间函数的乘积。对于非稳态热传导问题，则需要使用积分变换法或数值方法（如有限差分法、有限元法等）来求解。例如，在建筑领域，计算墙体在冬季的传热损失时，需要考虑墙体的材料、厚度、内外温差以及室外风速等因素，通过计算得出墙体传热系数，进而评估建筑的保温性能。

(3)热传递的计算在工程实践中具有重要意义。例如，在电子设备设计中，为了确保设备正常运行，需要计算和优化散热系统的设计，以防止设备过热。通过计算热阻、热流密度等参数，工程师可以确定散热器的尺寸、材料和布置方式。在能源领域，热传递的计算有助于提高能源利用效率，例如在太阳能热水系统中，通过优化集热器的热吸收面积和热传递路径，可以显著提高系统的热效率。此外，在航空航天、汽车制造等领域，热传递的计算对于确保设备和系统的安全性和可靠性也至关重要。

四、热传递在实际生活中的应用

(1)在日常生活中，热传递的应用无处不在。例如，在烹饪过程中，锅具的底部通常会设计有良好的导热性能，以便快速将热量传递到食物中。以铝锅为例，其导热系数约为237W/(m·K)，能够有效传递热量，使得烹饪时间缩短。在家庭取暖