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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)?Thephenomenonofheatconductionofmacro-mechanismandmicro-mechanismofthelawAbstract:Thermalconductivityisaveryimportantphysicalprocessesint
2、heproductionoflifeandhavewidespreadapplication.Inthispaper，macro-andmicro-analysisoftheheatconductionofmacro-andmicro-mechanismofthelawtointroducetheFourier’slaw，concludedthatitsapplicationtolivelife.Keywords:Thermalconductivity;heat;heatconductionphenomen
3、on;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)，做雜亂無章運(yùn)動(dòng)的氣體分子，在空間交換分子對(duì)的同吋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。岡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)同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)也將異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
4、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。熱傳異實(shí)質(zhì)是由大量物質(zhì)的分子熱運(yùn)動(dòng)互相撩擊，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程。在閥體中，熱傳導(dǎo)的微觀過程是：在溫度高的部分，晶體中結(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
5、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。在固體中熱的傳異，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)的能量將逐漸向周圍層層傳遞，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
6、的熱量傳遞。熱量從系統(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冇關(guān)熱傳導(dǎo)的基本概念1.1.1溫度場(chǎng)12］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）t=/(w，60(1)式中t某點(diǎn)的溫度，°C;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0——時(shí)間。式（2）廣=/（義，）’，z，沒）⑵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）等溫面ti>t2圖1等溫而，=/（叉，y，z）（3）等溫面：在同一時(shí)刻，溫度場(chǎng)屮所有
7、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％溫度梯度：兩等溫面的溫度差與其間的垂直距離A/7之比，在A/7趨于零吋的極限（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），冇公式（4）。（如圖2）t-Atgradt=lim—A打dn閣2溫度梯度與熱流方向齡系1.2傅里葉定律1111.2.1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，有公式（5）,即dQ=-A?dA—⑸dn式中——熱傳導(dǎo)速率，W或J/s
8、;dA導(dǎo)熱面積，m2;dt/dn——溫度梯度，°C/m或K/m;A——導(dǎo)熱系數(shù)，表征材料導(dǎo)熱性能的物性參數(shù)，/I越大，導(dǎo)熱性能越好，W/（m，°C）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。用熱通量來表示：q=（6）dAdn一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)：dQ=-AdA（7）dx如圖3所示，一維導(dǎo)熱問題，兩個(gè)表面均維持均勻溫度的平板導(dǎo)熱。10利圖3—維傳熱示意圖根據(jù)傅立葉定律，對(duì)于x方向上任意一個(gè)厚度為dx的
