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1、熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的宏觀規(guī)律與微觀機(jī)理摘 要：熱傳導(dǎo)是個(gè)非常重要的物理過(guò)程，在生活和生產(chǎn)中有著普遍的應(yīng)用。本文從宏觀和微觀上分析了熱傳導(dǎo)的宏觀規(guī)律和微觀機(jī)理，介紹傅里葉定律，最后指出了其在生活生活中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：熱傳導(dǎo)；熱量；熱傳導(dǎo)現(xiàn)象；導(dǎo)熱系數(shù)sThephenomenonofheatconductionofmacro-mechanismandmicro-mechanismofthelawAbstract：Thermalconductivityisaveryimportantphysicalprocessesintheproductionoflifeandhavewidespre
2、adapplication.Inthispaper,macro-andmicro-analysisoftheheatconductionofmacro-andmicro-mechanismofthelawtointroducetheFourier'slaw,concludedthatitsapplicationtolivelife.Keywords:Thermalconductivity;heat;heatconductionphenomenon;thermalconductivity前言熱傳導(dǎo)是由于分子熱運(yùn)動(dòng)強(qiáng)弱程度（即溫度）不同所產(chǎn)生的能量傳遞。當(dāng)氣體中存在溫度梯度時(shí)，
3、做雜亂無(wú)章運(yùn)動(dòng)的氣體分子，在空間交換分子對(duì)的同時(shí)交換了具有不同熱運(yùn)動(dòng)平均能量的分子，因而發(fā)生能量的遷移。固體和液體中分子熱運(yùn)動(dòng)的形式為振動(dòng)。溫度高處分子熱運(yùn)動(dòng)能量較大，因而振動(dòng)的振幅大；溫度低處分子振動(dòng)的振幅小。因?yàn)檎麄€(gè)固體或液體都是由化學(xué)鍵把所有分子聯(lián)結(jié)而成的連續(xù)介質(zhì)，一個(gè)分子的振動(dòng)也將導(dǎo)致物體中所有分子的振動(dòng)，同樣局部分子較大幅度的振動(dòng)也將使其他分子的平均振幅增加。分子熱運(yùn)動(dòng)的能量就是這樣借助于相互聯(lián)接的分子的頻繁的振動(dòng)逐層的傳遞下去的。1.熱傳導(dǎo)的宏觀規(guī)律熱從物體溫度較高的一部分沿著物體傳到溫度較低的部分的方式叫做熱傳導(dǎo)[1]。熱傳導(dǎo)是熱傳遞三種基本方式之一。它是固體
4、中熱傳遞的主要方式，在不流動(dòng)的液體或氣體層中層層傳遞，在流動(dòng)情況下往往與對(duì)流同時(shí)發(fā)生。熱傳導(dǎo)實(shí)質(zhì)是由大量物質(zhì)的分子熱運(yùn)動(dòng)互相撞擊，而使能量從物體的高溫部分傳至低溫部分，或由高溫物體傳給低溫物體的過(guò)程。在固體中，熱傳導(dǎo)的微觀過(guò)程是：在溫度高的部分，晶體7中結(jié)點(diǎn)上的微粒振動(dòng)動(dòng)能較大。在低溫部分，微粒振動(dòng)動(dòng)能較小。因微粒的振動(dòng)互相聯(lián)系，所以在晶體內(nèi)部就發(fā)生微粒的振動(dòng)，動(dòng)能由動(dòng)能大的部分向動(dòng)能小的部分傳遞。在固體中熱的傳導(dǎo)，就是能量的遷移。在金屬物質(zhì)中，因存在大量的自由電子，在不停地作無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)。自由電子在金屬晶體中對(duì)熱的傳導(dǎo)起主要作用。在液體中熱傳導(dǎo)表現(xiàn)為：液體分子在溫度高的
5、區(qū)域熱運(yùn)動(dòng)比較強(qiáng)，由于液體分子之間存在著相互作用，熱運(yùn)動(dòng)的能量將逐漸向周?chē)鷮訉觽鬟f，引起了熱傳導(dǎo)現(xiàn)象。由于熱傳導(dǎo)系數(shù)小，傳導(dǎo)的較慢，它與固體相似，因而不同于氣體；氣體依靠分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)以及分子間的碰撞，在氣體內(nèi)部發(fā)生能量遷移，從而形成宏觀上的熱量傳遞?！崃繌南到y(tǒng)的一部分傳到另一部分或由一個(gè)系統(tǒng)傳到另一個(gè)系統(tǒng)的現(xiàn)象叫熱傳導(dǎo)。1.1有關(guān)熱傳導(dǎo)的基本概念1.1.1溫度場(chǎng)[2]和等溫面溫度場(chǎng)：某一時(shí)刻，物體（或空間）各點(diǎn)的溫度分布，有公式（1）（1）t1t2t1>t2等溫面Q式中t──某點(diǎn)的溫度，℃；x,y,z──某點(diǎn)的坐標(biāo)；不穩(wěn)定溫度場(chǎng)：各點(diǎn)的溫度隨時(shí)間而改變的溫度場(chǎng)，有公
6、q──時(shí)間。式（2）（2）圖1等溫面穩(wěn)定溫度場(chǎng)：任一點(diǎn)的溫度均不隨時(shí)間而改變的溫度場(chǎng)，有公式（3）（3）圖2溫度梯度與熱流方向的關(guān)系nQdAtt-Dtt+Dt等溫面：在同一時(shí)刻，溫度場(chǎng)中所有溫度相同的點(diǎn)組成的面。不同溫度的等溫面不相交。（如圖1）1.1.2溫度梯度[3]溫度梯度：兩等溫面的溫度差Dt與其間的垂直距離Dn之比，在Dn趨于零時(shí)的極限（即表示溫度場(chǎng)內(nèi)某一點(diǎn)等溫面法線方向的溫度變化率），有公式（4）。（如圖2）（4）1.2傅里葉定律[4]71.2.1傅立葉定律傅立葉定律：某一微元的熱傳導(dǎo)速率（單位時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)的熱量）與該微元等溫面的法向溫度梯度及該微元的導(dǎo)熱面積成正比
7、，有公式（5），即（5）式中dQ──熱傳導(dǎo)速率，W或J/s；dA──導(dǎo)熱面積，m2；?t/?n──溫度梯度，℃/m或K/m；??l──導(dǎo)熱系數(shù)，表征材料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù)，l越大，導(dǎo)熱性能越好，W/(m·℃)或W/(m·K)。?負(fù)號(hào)表示熱量傳遞的方向同溫度升高的方向相反。用熱通量來(lái)表示：（6）一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)：（7）????如圖3所示，一維導(dǎo)熱問(wèn)題，兩個(gè)表面均維持均勻溫度的平板導(dǎo)熱。根據(jù)傅立葉定律，對(duì)于x方向上任意一個(gè)厚度為dx的微元層，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)該層的導(dǎo)熱量與當(dāng)?shù)氐臏囟茸兓始捌矫娣e成正比。1.2.2熱流量??
