初中物理竞赛教程(基础篇):第14讲 热膨胀 热传递(附强化训练题及答案)
【内容简介】14.1 学习提要
14.1.1 温度及温度计
1.温度
温度是表示物体冷热程度的物理量。它的国际单位是开尔文,简称开(K)。
2. 温度计
温度计是测量温度的仪表。常用的有水银温度计、煤油温度计和酒精温度计。
(1)原理:常用温度计是利用液体热长冷缩的性质制成的。
(2)温标:温度的测量标准。
摄氏温标的分度法:把一个标准大气压下冰、水混合物的温度规定为零度,记为0℃;一标准大气压下沸水的温度规定为100度,记作100℃;把0℃和100℃分成100等分,每一等分就是1摄氏度。这种分度法还可以扩大到0℃以下和100℃以上。
热力学温标是国际单位制中所采用的的温标,也成为绝对温标,它的单位是开(K)。热力学温标选择-273.15℃为零点,即0K。热力学温标中每1度的大小与摄氏温标每1度的大小相同。通常在计算结果不要求十分精确时,热力学温标和摄氏温度关系可以写成
T = 273 + t0
(3)正确使用温度计的方法:①不能超过温度计的测量范围;②温度计的玻璃泡要与被测物体充分接触;③不能将温度计从被测物体中拿出来读数;④读数时视线要与温度内液面相平。
(4)体温计的特点:①刻度范围为35~42℃;②最小分度值为0.1℃;③可以离开人体读数,读数后要将水银柱甩回到玻璃泡内。
14.1.2 热膨胀
1.物体热膨胀的一般规律
物体在温度升高时,其体积(或面积、长度)增加的现象叫做热膨胀。大多数物质在温度升高时,体积(或面积、长度)增加。在相同条件下,固体膨胀得最小,液体膨胀得较大,气体膨胀得最大。
2.反常膨胀规律
少数物质在一定温度范围内(例如在0℃~4℃之间)温度升高时体积反而减小,这种现象叫做反常膨胀现象。水、锑、铋、灰铸铁等都有反常膨胀的现象。
3.热膨胀在技术上的意义
(1)固体在温度改变的时候,膨胀或收缩虽然很小,但当热膨胀受到阻碍时,产生的力却很大。
(2)利用不同材料在相同条件下的热膨胀不同制成双金属片,在自动控制上能够发挥很大的作用。双金属片由两种大小相同而热膨胀系数不同的金属片(如铁片、铜片)铆在一起做成。由于铜的热膨胀系数比铁大,当加热双金属片时,虽然升高的温度相同,但铜片的伸长量大,于是双金属片向铁片一侧弯曲。待冷却后,双金属片又恢复平直。图14-1所示,双金属片在温度自动控制装置中的应用,玻璃罩内温度变化引起双金属片弯曲程度的变化,从而达到控制电路通断的目的。
(3)各种仪器、机器、建筑物通常都是用不同材料组合制成,选择材料时应考虑各种材料的热膨胀是否相同。
14.1.3 热传递
1.热传递
热可以从温度高的物体传到温度低的物体,或者从物体的高温部分传到低温部分。这种现象叫做热传递。
2.热传递的条件
只要物体之间或同一物体的不同部分存在温度差就会有热传递发生,并且一直持续到温度相同时为止。
3.热传递的方式
热传递的方式有传导、对流和辐射三种,见表14-1.
方式传导对流辐射
区别传热特点热沿物体传导靠物质流动传热沿直线传热
媒介物质固体传热的主要方式液体、气体传热的主要方式不需要媒介物质,可在真空中进行
相同点(1)必须有温度差才能进行
(2)热总是从温度高的地方传向温度低的地方
14.2 难点解释
温度和温标的区别
温度反应的是物体的冷热程度。冷的物体温度低,热的物体温度高。由分子运动论可知,物体是由大量分子组成的 ,而大量分子又在永不停息地作无规则运动,这种分子永不停息的无规则运动越激烈,物体的温蒂就越高。物体分子无规则运动激烈程度是一种客观存在,所以温度本身也是一种客观存在,它是由物体自身的分子无规则运动激烈程度决定的。
要确定物体温度的高低,就需要进行测量。测量物体温度高低的仪器叫温度计。温度计是由测温器经标度而成,例如内有一定量汞的两端封闭的玻璃管就是测温器,标度后则成温度计。而对测温器进行标度,首先要确定温度的测量标准,即温标。温标的确定是人为的,它可以有不同的确定方法。对应于物体某一确定的温度,在不同温标中的示数是不同的。由此可见,对应于某一确定的温度,仅有一个读数是没有意义的,只有说明是某种温标后它的读书才有意义。例如我们说水的温度是5度没有意义,说水的温度是5摄氏度才有意义,因为它告诉我们,这是指水的温度用摄氏温标量度时是5℃。
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