*三、热传导

图 9-16

         当气体系统中温度不均匀时,热量将会从高温处传到低温处, 这就是热传导过程。假设温度沿z方向逐渐升高, 即沿z方向存在温度梯度 。在z0处取一截面DS垂直于z轴,热量将通过 DS 面从上部传到下部,如图9-16中箭头所示。若以dQ表示在d t时间内通过 DS 面沿z轴正方向传递的热量,则存在下面的宏观规律

        ,   (9-60)

式中 表示在z0处的温度梯度,比例系数k 称为气体的热导率,它决定于气体的性质和所处的状态。式中负号表示热量沿温度降低的方向传递,即沿z轴负方向传递, 如图9-16中箭头所示。

         从气体动理论观点来看,温度的高低就是分子热运动平均动能的大小,热传导过程是分子热运动平均动能输运的宏观表现。大家可以用与黏性现象相似的方法分析热传导过程,并能得到气体的热导率k与微观量平均值 等之间的关系

                          ,                    (9-61)

式中cV 是气体系统在等体过程中的比热。上式表明,气体的热导率取决于系统中单位体积的分子数n、分子质量m、分子平均速率 、平均自由程 以及气体的定体比热cV

    比较式(9-59)和式(9-61),可得

                            k = h cV .                     (9-62)

因为cV只决定于气体分子自身的性质,是常量,所以k的基本性质与h相似。在通常压强下,k也应与压强无关,而在极低压强下,k 与压强成正比。杜瓦瓶(生活中常用的热水瓶是杜瓦瓶的一种)就是根据热导率k 的这种性质制成的。它是一种双层薄壁的玻璃容器,夹层间空气被抽得很稀薄,当达到上述极低压强的范围时,热导率随夹层中气压的降低而减小,从而达到绝热的目的。k 与温度的关系也与h的相同,即与 成正比。

    在国际单位制中,热导率的单位是W×m-1×K-1 [瓦/ (米×开)]。

       
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