主题：【分享】热学小知识

关上加热器

 

冬季，如果你要离开家约一刻钟去买东西，为了节约能源，你最好关闭加热器。

当外界很冷时，你的房子总是在丢失热量，如果它不损失热量，你只需加热一次房间就可以永远保持温暖，加热器是用来补偿损失的热量，那么损失的热量是多少呢？这由房子的保温性能和外界的寒冷程度来决定。房子内外温差越大，降温速度便越快（这是牛顿的冷却定律：降温速度正比于温差）。你离开家以后，保持房内暖热所失去的热量多于房内温度较低时失去的热量。与外界相比，屋内温度越高，它损失热量的速度越快。当然，没有温差就不需要供热。

我们可以形象地将房子想象成有许多小洞的水桶，桶内水面高度代表室温。桶内水面越高，水在洞口的压力就越大。水流速度就越快。保持高水面每分钟所需的水量大于保持低水面所需的水量。显而易见，如果我们要节约水，只需将水面降低。如果将水龙头关闭，哪怕是很短一段时间，不就能节约更多的水吗？只要稍微想一下便会发现，将水龙头完全关闭后，在需要时再次充满它，所需水量比保持同一水平面和以相应速度漏出的水量要小得多。当桶内水量为零或接近于零时，水面升得很快，因为此时流入量大于漏出量，直到流入量和漏出量相等时，水面就保持不变了。

因此。就象关掉龙头后再次给有洞的水桶充水所需水量小于保持水面不变所需水量一样，再次加热已冷却的房间所需热量小于保持室内温度高于室外温度所需热量。

为了节约能源，要随手关灯，在你离开家时，别忘了关上加热器。

 

压强的起伏

 

烟是由无数微小灰尘组成的。如果你能测出象烟尘那样小的一个空间的空气压强，你将发现：

在任何时刻，不同位置有不同压强——房间的各处压强不等；

在房间的任何一处，不同时刻有不同的压强——压强随时间变化；

由于空气分子在空间是无规分布的，因此，你不能希望在每一小块空间中都有相同数目的空气分子。当分子运动时，将不时地在空间中的这里或那里出现一个个小的聚集体。在大的空间里，很难发现这种小聚集体的作用。但在小块空间中，它将表现为压强的起伏——当空气分子在某一小空间中聚集起来，则其中的气压将增大。设想，一个细小烟尘粒子左侧的空气压强突然增大，它便被推向右侧，过一会儿又被推向另一方向，因为空气分子在烟尘的任意一侧都可能聚集起来。

如果你将燃着的香烟放在玻璃窗的小盒子里，然后用显微镜向里观察，你将看到烟尘微粒在空气中浮动所画出的折线，就象一个醉汉似的。即使最好的显微镜也观察不到空气分子，但正是这些空气分子在运动过程中不断撞击“大”的烟尘粒子并迫使它“跳起舞来”。这种舞蹈称之为布朗运动。事实上，单个的撞击无法对烟尘微粒产生影响，然而，在某一方向上多次的撞击，便产生了明显的运动。

 

热望远镜

 

将温度计的水银球插入衬有铝箔的咖啡纸杯中，这就制成了一架热望远镜。在一个凉爽干燥、晴朗的夜里，先将望远镜指向天空，读出温度，然后再将望远镜指向地面，也读出温度。你的结果表明：

地面比天空热；

夜晚，地面将白天获得的热量辐射回到空间中去。（否则，地面将一天比一天热）。当热望远镜向下指时，一部分由地面回到天空中去的热辐射（红外线辐射）就进入其中，而当它指向天空时，是收集不到这种热辐射的。

顺便讲一下，外层空间的温度仅高于绝对零度4度，仅有温度计和咖啡纸杯是无法测出这种低温辐射的。首先测出此温度的实验工作者，由于他们的努力而获得了诺贝尔奖。

 

圆盘的扩大

 

张开你想象的翅膀，设想我们称作太阳的圆盘变得很大很大，并假定随着圆盘的扩大，每一小部分的强度减弱，因此我们得到的总能量是不变的。现在假设这个大圆盘充满了整个天空，于是没有了昼夜之别，不管在任何地方都可在24小时内得到均匀的太阳光，而不是只在白天。我们获得的能量与太阳扩大之前是一样的。假设上述情况真的发生了，那么地球的平均温度将：不变。

在太阳扩大后，地球获得的能量没有变，地球温度必须保持足够高，以便将从太阳获得的能量辐射回空间中去，因此，即使太阳布满了整个天空，地球温度是不变的。但是，太阳的温度却是要改变的。因此使同样的能量分散，使它从一个大的面积上辐射出来，必然导致其温度下降。所以，随着圆盘的扩大，它的温度会降低，太阳也就由黄色变为桔黄再变为红色。

 

热带气候

 

新奥尔良及海湾地区的夏季气候高温而湿润，在这种气候里，一天中什么时间最舒服？答案是：太阳初升后气温略有上升时。

热带气候不舒服的主要原因是潮湿。汗从你的皮肤上蒸发掉要带走一些热量，而使你降温，而如果空气非常潮湿，其中水汽已饱和，那么汗就要留在你的皮肤上。一立方米空气所能含有的水的克数由气温决定，高气温时空气能含的水分更多些。太阳落山后，气温逐渐降低，空气所含水的能力减小，这种时候的空气不利于你身上的汗水的蒸发。当气温降得更低，空气中的水汽便会冷凝出来，这就是夜晚的露水。

太阳升起时，气温渐高，空气就能容纳更多的水汽，于是水就蒸发进入空气中，此时，露水以及身上的汗水也就蒸发进入空气中，这使你感到干燥而凉爽——但为时不长，天气将又是高温而闷热了。

为什么蒸发可以降温？因为液体中分子运动速度不同。例如，在20℃水中，水分子并不都是20℃，有些是30℃，有些是20℃，也有些是10℃，平均温度是20℃，哪种分子首先蒸发呢？运动速度快、或者说热的分子，如 30℃的，这样就降低了平均温度的等级。留下的是20℃或10℃的分子，平均温度或许就降到15℃（这由液体中不同温度的分子相对数量决定）。因此，当高速或高温分子离开后，剩下的液体平均温度就降低了。