热平衡与能量传递方式 - 初中科学

在教中学生地球的辐射平衡时，听说这个概念相当难以理解。

即便在网上查找资料，也没有专为中学生写的文章，因此尝试写一下。

这一篇关于热平衡与能量传递方式，接下来一篇将讨论地球的辐射平衡。

希望喜欢科学的许多学生阅读后能有所帮助。

1. 热水为什么会冷却？

在初三的课堂上，在教授辐射平衡之前我总是问学生们一个问题。

为什么一碗热水放久了温度会下降？

这看起来可能是个显而易见且常识性现象，但让中学生科学地解释可能有些难度。

有时，有些学生记得二年级学过的内容并用热平衡来解释。

那么这次我们来详细看看热平衡是如何实现的。

2. 热平衡

热平衡是指当两个温度不同的物体的温度变得相同时，没有热的流动。

如上所示，当不同温度的物体放在一起时，经过一段时间后温度会达到均衡。

此时两物体之间没有热的流动，因此达到了热平衡。

那么，什么是热呢？

3. 热和能量的移动

通常，某个物体的温度越高，它携带的能量就越多，温度越低则能量越少。

此时能量从多的一方朝少的一方移动，即从高温物体向低温物体移动，这就是热。

释放能量的物体温度会降低，接收能量的物体温度会上升。

这种热的移动会持续到两个物体的温度相等为止。

热的流动就像水从高处流向低处一样自然的现象。

因此，能量的流动常与水的流动相比较。

4. 热的传递方式

热主要通过对流、传导和辐射三种方式传递。对流是指能量与物质一起移动。

传导是能量通过物质传递，但物质本身不移动。

例如，在下面的视频中看煮方便面并理解其传递方式为1)对流和2)传导。

在上面的视频中，娃娃被吸进壁炉的原因是对流。

壁炉内的空气被加热，加热的空气逃出壁炉的烟囱。

此时，为了填补被排出的空气所留的空隙，房间内的空气被吸入壁炉内形成流动。

娃娃就是随着这种流动被吸进的。

那么，为什么壁炉前的人会感到温暖？

由于壁炉中的暖空气已被完全排走，因此不会因对流而感到温暖。

并且空气中的传导速度比对流慢得多。

因此，壁炉前的人主要通过辐射接收到壁炉的能量，而不是通过传导和对流。

壁炉放出的红外线、可见光（光）等电磁波将能量传递给人。

这种能量传递方式称为辐射。

6. 结论：热水为什么会冷却

那么现在是时候回答最初的问题。热水冷却并达到热平衡的原因是什么？

1) 能量从高温物体向低温物体移动。
2) 这种能量的移动方式有对流、传导和辐射。
2-1) 对流：将手放在热水上方，热空气会传递热量。
2-2) 传导：触摸碗就能感觉到水传递的温度。
2-3) 辐射：虽不可见，但能量以红外线、微波等电磁波形式放出。
3) 因此，热水冷却的原因是通过对流、传导和辐射，能量释放到比水温低的周围环境中。

希望为今后的高中教育过程，对热平衡和能量传递方式有良好的理解。

关于地球的辐射平衡，请参阅下面的文章。