热是能量的形态之一。与动能、电能及位能等一样,也存在热能。热能的单位用“J”(焦耳)表示。1J能量能在1N力的作用下使物体移动1m,使1g的水温度升高0.24℃。
1 J=1 Nm=4200 J/kg℃*0.24 ℃*0.001 kg 设备会持续发热。像这样,热量连续不断流动时,估计用“每秒的热能量”来表示会更容易理解。单位为“J/s”。J/s也可用“W”(瓦特)表示。 1 W=1 J/s 不只是热量,所有能量都不会突然生成,也不会突然消失。它们不是传递到其他物质就是转换为其他形态的能量。 比如,100J的能量可在100N力的作用下将物体移动1m。使该“物体移动”后,能量并不是消失了。比如,使用能量向上提升物体时,能量会以位能的形态保存在物体中。使用能量使物体加速运动时,则以动能的形态保存在物体中。 100J的能量可使100g水的温度升高约0.24℃。这并不是通过升高水的温度消耗了100J的能量。而是在水中作为热能保存了起来。 如上所述,能量无论在何处都一定会以某种形态保存起来。能量既不会凭空消失,也绝不会凭空产生。这就是最重要“能量守恒定律”。 现在大家已经知道热是一种能量,其单位用J表示了吧!能量会流动,如果表示每秒的能量,单位则为W。 那么让我们回到最初提出的那个问题。℃是温度单位。温度是指像能量密度一样的物理量。它只不过是根据能量的多少表现出来的一种现象。即使能量相同,如果集中在一个狭窄的空间内,温度就会升高,而大范围分散时,温度就会降低。 接通电源后一段时间内,多半转换的热能会被用于提高装置自身的温度,而排出的能量仅为少数。之后,装置温度升高一定程度时,输入的能量与排除的能量必定一致。否则温度便会无止境上升。 热传递的方式。
热能传递只有3种方式。分别为“传导”、“对流”及“热辐射”。请注意,传导与对流表面文字相似,但绝不相同! 传导是指在物体(固体)中传播的热能的传递。铝和铁的导热性都很出色。这就是传导。 如果用数值表示导热性,树脂为0.2~0.3,铁为49,铝为228,铜为386。这些都是指该物质的导热率,单位为“W/(m·℃)”。越容易导热的物质,该数值越大。 如果用一句话来表述导热率的含义,即“有一种长1m、断面积为1m2的材料,其两端的温度差为1℃时,会流动多少W”。如果将其单位“W/(m·℃)”写成 大家是不是立刻就明白了呢? 对流是指热能通过与物体表面接触的流体,从物体表面向外传递的方式。请大家联想一下吃热拉面时的情景。用嘴吹一下,拉面就会变凉。那就是利用热对流使热从拉面表面向吹出的空气传递的结果。 这也可用数值表示。比如,流体为水,散热面水平放置时,自然对流就为(2.3~5.8)×100,受迫对流就为(1.2~5.8)×1000,水沸腾时就为(1.2~2.3)×10000。这就是各种情况下的传热系数,单位为“W/(m2·℃)”。 这个单位很容易理解。由于是“W/(面积·温度差)”,因此它的意思就是“面积为1平方米的面与周围流体的温度差为1℃时,会从该面传递多少W热量”。 该传热系数受散热面设置状况的影响较大。根据流体的种类、流速及流动方向等,数值会发生变化。因此,计算传热系数的公式会根据不同的情况发生改变。 比如,有一个温度均匀的平板,如果在与其平行的方向受迫流动空气时(受迫对流),可用左图的公式求出传热系数。从该公式可知以下两点。 1、传热系数与流速的平方根成比例 。比如: 流速提高至2倍,传热系数也只提高至1.4倍 2、如果冷却面积相同,流动的距离越长,传热系数越低。比如:在冷却面上流动的空气吸热后,会在温度上升的同时继续流动,因此冷却能力会越来越弱 总之,冷却热的物体时,与使用强风使其冷却的方法相比,横向扩大散热面,使整体通风的方法更有效。 下面介绍一下自然对流的情况。空气自然对流时的传热系数用下图的公式求解。 这里出现两个新词,分别为“姿势系数”和“代表长度”。这些是根据面的形状及设置方向定义的。右图分别显示了垂直和水平设置平板时的情况,其他面形状及设置方向也各有姿势系数及代表长度。
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