为什么同体积的冷水和热油传热快慢不一样

如题所述

第1个回答  2022-08-06
同体积的冷水和热油的温度和比热都不相同,所以传热快慢不一样
第2个回答  2022-07-06

温度实际上是力学中的一个载荷。我们称之为温度荷载,主要是热胀冷缩引起的内应力变化。我也写过很多关于热应力的文章,有兴趣可以去搜一下。所以,这个问题我有自己的答案。在这个问题中,虽然水和油都是100 摄氏度,但由于对流传热系数的不同,单位时间的传热是不同的。如果单位时间传递的热量多,人体会更快感到被烫伤。那么,是水还是油呢?

1.温度是多少?

我发现一个奇怪的问题。虽然很多人回答了,但他们没有给出确切的温度。可能是温度太基础了。但是,如果你不知道温度是多少,你可能无法继续下面的传热。

你知道,温度实际上是由我们定义的。早期,人们觉得高温是滚烫的,低温是冰冻的。科学家已经为测量定义了一个温度标准。沸水对应的温度是100,冰水混合物对应的温度是0,这是摄氏温标的定义。全年的气温变化是我们最直观的感受。

上图还有一个温标,华氏温标,也是比较常见的温标,主要是美国人使用。另外,学术上著名的温标是开尔文温标,也叫热力学温标k,除了这些温标,还有很多其他的温标,如下图所示,都有换算关系。

说到开尔文温标,这里必须提到绝对零度是对应于k=0的温度。其实这个绝对的零度一直都是一个神一样的存在,只能仰望,却无法企及。我曾经在一个老大哥贴了一个关于绝对温度的问答,说“绝对温度怎么测?”结果引来很多人攻击。事实是,既然无法实现,就无法衡量。

回到正题,绝对零度实际上是物体中的粒子静止时的温度。宏观上,物体可以是静止的,也可以是运动的。微观上,组成物体的粒子总是在运动(上),有运动就有能量。从宏观上看,质点运动所表达的能量就是物体的内能。内能的量度是温度。因此,温度在宏观上表示物体的冷热程度,在微观上表示物体内部分子热运动的激烈程度。

2.传热时间怎么测量?

既然温度是物体内部分子热运动的度量,那么只要温度相同,不同物体内部的分子热运动应该是相近的。如果我们用仪器在100测量水和油,得到的温度显然是100。但是如果你仔细一点,你用的温度计是基于热传导原理的,那么你应该会发现温度计的温升速率是不一样的。也就是说,不同的材料(液体)传热不同。前几天刚算了一下开水煮沸密封玻璃瓶,用了一个物理参数。沸水的对流传热系数为2500w/m2k,表示单位面积1K温度变化传递的热量。空气对流换热系数约为8w/m2k,这是一个很小的数据。这意味着在100的相同温度下,水和空气中物体的升温速度会有显著的差异。对流传热系数越高,传热速度越快。这个系数与温度和流量密切相关,并不是成正比的,如下图所示。

100时,油还没有开始沸腾。根据数据,油的对流传热系数在50-1500之间,远低于水的对流传热系数。这意味着当同一物体在100的水和油中浸泡时,水中物体的温度会上升得更快。

人体感觉热,是因为单位面积的热量超过了人体承受的范围,热量传递到人体后,人体局部温度过高。同样的情况下,人体在100的水中会有更快的温升和更快的传热,所以会更早的感到疼痛,结果会更痛。

3.摘要

相同条件下,水和油的对流换热系数不同,水的对流换热系数远大于油。物体在水中传热更快,温度上升更快。就人体而言,在水中会感觉烫的更快,结果是100的水更热。

相似回答