《热现象思维导图》

一、热的本质与描述

1.1 分子动理论

• 基本内容:

  • 一切物质由大量分子组成。
  • 分子永不停息地做无规则运动（热运动）。
  • 分子间存在相互作用的引力和斥力。

• 对热现象的解释:

  • 温度越高，分子运动越剧烈。
  • 内能是物体内部所有分子热运动动能和分子间势能的总和。
  • 改变内能的方式：做功和热传递。

1.2 内能

• 定义: 物体内部所有分子动能和分子势能的总和。
• 影响因素:
  • 温度：温度越高，分子动能越大，内能越大。
  • 物态：物态变化影响分子间势能，从而影响内能。
  • 质量：质量越大，分子总数越多，内能越大。
• 与温度的区别:
  • 温度是分子平均动能的标志，只反映物体冷热程度。
  • 内能是所有分子动能和势能的总和，反映物体内部分子的总能量。
• 改变内能的两种方式:
  • 做功:
    • 实质：能量的转化 (如机械能转化为内能，内能转化为机械能)。
    • 表现：对外做功，内能减少；克服阻力做功，内能增加。
  • 热传递:
    • 实质：能量的转移 (内能从高温物体转移到低温物体)。
    • 表现：接触，传导，对流，辐射。

1.3 温度

• 定义: 物体冷热程度的物理量。
• 测量:
  • 温度计：利用物质的热胀冷缩性质。
    • 常见温度计：液体温度计、双金属片温度计、热电偶温度计。
  • 温度单位：
    • 摄氏度（℃）：冰水混合物温度为0℃，标准大气压下沸水温度为100℃。
    • 开尔文（K）：热力学温标，T (K) = t (℃) + 273.15
• 意义:
  • 宏观上反映物体内部分子平均动能的大小。
  • 是发生热传递的条件，热量总是从高温物体传递到低温物体。

二、热传递的方式

2.1 传导

• 定义: 热从物体温度较高部分传递到温度较低部分，或从高温物体传递到低温物体的过程。
• 条件: 物体间有温度差，且必须接触。
• 特点:
  • 主要发生在固体中。
  • 金属是热的良导体，非金属是热的不良导体。
  • 真空不能传导热。
• 应用:
  • 暖气片使用金属制造，以便更好地散热。
  • 冰块放在木板上融化慢，放在金属板上融化快。

2.2 对流

• 定义: 由于液体或气体各部分温度不同而产生的密度差引起流体流动，进而传递热量的过程。
• 条件: 液体或气体有温度差。
• 特点:
  • 主要发生在液体和气体中。
  • 对流是热传递的主要方式之一。
• 应用:
  • 暖气、空调的制热和制冷。
  • 海陆风的形成。

2.3 辐射

• 定义: 物体以电磁波的形式向外散发热量的过程。
• 条件: 任何物体，只要温度高于绝对零度，都在不停地辐射热量。
• 特点:
  • 不需要介质传播，真空也可以。
  • 温度越高，辐射越强。
  • 黑色物体比白色物体吸收热量能力强。
• 应用:
  • 太阳辐射给地球带来热量。
  • 家用电器散热。
  • 温室效应。

三、物态变化

3.1 熔化与凝固

• 熔化: 物质从固态变为液态的过程，吸热。
  • 熔点：晶体熔化时保持不变的温度。
  • 晶体熔化特点：达到熔点，继续吸热，温度不变。
  • 非晶体熔化特点：不断吸热，温度升高。
• 凝固: 物质从液态变为固态的过程，放热。
  • 凝固点：晶体凝固时保持不变的温度，与熔点相同。
  • 晶体凝固特点：达到凝固点，继续放热，温度不变。
  • 非晶体凝固特点：不断放热，温度降低。

3.2 汽化与液化

• 汽化: 物质从液态变为气态的过程，吸热。
  • 两种方式：
    • 蒸发：在任何温度下都可以发生的汽化现象，只发生在液体表面。
    • 沸腾：在一定温度（沸点）下发生的剧烈的汽化现象，发生在液体内部和表面。
  • 影响蒸发快慢的因素：
    • 液体温度。
    • 液体表面积。
    • 液体表面空气流速。
  • 沸点：液体沸腾时的温度。
  • 影响沸点的因素：气压 (气压越高，沸点越高)。
• 液化: 物质从气态变为液态的过程，放热。
  • 两种方式：
    • 降低温度。
    • 压缩体积。

3.3 升华与凝华

• 升华: 物质从固态直接变为气态的过程，吸热。
  • 例如：干冰升华，碘升华。
• 凝华: 物质从气态直接变为固态的过程，放热。
  • 例如：霜的形成，雪的形成。

四、热机

4.1 热机的概念

• 定义：将内能转化为机械能的机器。
• 常见的热机：内燃机（汽油机、柴油机）、蒸汽机、燃气轮机等。

4.2 内燃机

• 工作原理: 燃料在气缸内燃烧，产生高温高压的气体推动活塞做功。
• 工作冲程:
  • 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动。
  • 压缩冲程：进气门、排气门都关闭，活塞向上运动。
  • 做功冲程：进气门、排气门都关闭，活塞向下运动。
  • 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动。
• 能量转化:
  • 压缩冲程：机械能转化为内能。
  • 做功冲程：内能转化为机械能。
• 效率: 热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧释放的能量之比。

4.3 热机的效率

• 影响因素：
  • 燃料的质量。
  • 机械部件的摩擦。
  • 废气带走的热量。
• 提高热机效率的途径：
  • 减少摩擦。
  • 充分燃烧燃料。
  • 回收废气余热。

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