热的传递方式有三种:热的辐射、热的对流、热的传导。
假如您把一杯冰水或一碗热汤放在厨房的桌面上。您知道将会发生什么:那碗热汤将冷却到室温,而那杯冰水将回复到室温。这就是生活中的热力学,如果任何两个不同温度的物体在一起,热传递将使它们达到相同的温度。所以,“房间”和“热汤”会通过热度传递过程达到相同的温度——房间稍微变热,汤却凉了许多。如果您想让一碗汤尽量长时间地保温,也就是说,如果您想尽量减缓热传递的过程,您就需要让造成热传递的三个过程慢下来。这些过程是:
为什么能保温:
热水瓶有两个瓶胆,它是由玻璃制成的用,泡沫把它包裹起来,而玻璃和泡沫是热的不良导体,并且夹层是真空的,有效地防止空气进入为了防止辐射,瓶胆壁上镀上一层银,使之成为镜面状态,可以反射光和热。辐射热碰到这光滑的镜面,就会被反弹回去,良好保温。断绝瓶内与瓶外的热交换,使瓶内的“热”出 不去,瓶外的“冷”进不来。但热水瓶中的热水不可以永久地不会冷却下来,当今热水瓶的隔热并不那么理想,仍然有一部分热能够跑出来,因此热水瓶的保温时间有一定限度。
让我们先回答一个简单的问题:什么是热?热就是原子的运动。原子的“热”可以用它的速度来代表。在绝对零度(absolute zero)时没有原子运动。但是,当原子变热时,它们就会开始运动。当一个原子与其他原子发生碰撞时,就会传输热量。这种情况与台球碰撞有点类似,第二个原子得到了第一个原子的一部分运动能量。热量就是通过这些碰撞传输的。 这一现象的最佳例子就是,拿一根金属棒并加热它的一端,另一端通过传导就会变热,然后变烫。当您把金属平底锅放在炉子上时,热量通过锅底部的金属进行传导,锅里就会变热。一些材料(如金属)的导热性要优于其他材料(如塑料)。
原子运动的另一种效应是振动,振动导致了一种意想不到的现象——红外辐射。根据《大不列颠百科全书》,“化学键束缚的原子或原子团的旋转和振动可以吸收和发射红外辐射,因而有许多种材料都可以吸收和发射红外辐射。”红外辐射是光的一种形式。
我们的眼睛看不到红外线,但是我们的皮肤可以感受它。我们接收到的太阳能大约有一半是不可见的红外辐射,其余就是我们可以看见的光。像可见光一样,红外线也可以被镜子反射,也更容易被黑色物体吸收。当红外线被吸收时,它可以造成原子运动,进而导致温度的上升。常见的红外线的例子有,您感受到电暖气或一块烧红的金属发射的热,您感受到壁炉中的砖发出的热,即使壁炉中的火已熄灭,以及太阳落山后您感受到的混凝土墙发出的热。
对流是液体和气体的一种属性。发生的原因是,液体或气体变热的部分会上升到其余部分之上。这样,如果您把一碗热汤放在餐桌上,它会加热碗周围的一部分空气。而由于该部分空气比周围的空气热,它就会上升。冷空气会填充留下的空间。然后,这部分新的冷空气又被加热并上升,如此循环,可以设法加快对流速度,这就是对着热汤吹气可以让它快点凉下来的原因。如果没有对流,热汤保热的时间会长得多,因为空气是热的不良导体。
当您站在篝火旁时,您可以观察到所有这三种传热递过程:
对于像这么大的篝火,您可能需要站在至少6米之外。让您远离篝火的是红外辐射发射出的热。火焰和烟通过对流被带到上方:篝火周围的空气被加热而上升。篝火下面1米的土地将会因热传导而变热。土壤的顶层被辐射直接加热,然后,热量逐层传导至更深的土地。
要制作一个好的热水瓶,您需要做的就是尽可能地减少这三种热传递现象。