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第3章 热和能量

1.能量的代名词——热能

知道了什么是热,那你知道什么是热能吗?热能其实是能量的一种,也叫热量、能量等,它是生命的能源。

我们每天进行的劳务活动、体育运动、上课学习和从事其他一切活动,以及人体维持正常体温、各种生理活动都要消耗很多的能量。这些能量是必不可少的,就像蒸汽机需要烧煤、内燃机需要用汽油、电动机需要用电一样。

我们身体的热能主要来源于每天所吃的食物,但是食物中并不是所有营养素都能产生热能,只有碳水化合物、脂肪、蛋白质这三大营养素会产生热能。

一般来说,对于处在生长发育阶段的青少年,由于身体的新陈代谢特别旺盛,从而对热能的需要量较高。你知道一个人如果热量不足的话会是什么后果吗?如果一个人热量摄入不足,体内贮存的糖就会逐渐减少。到了一定程度就会消耗脂肪和部分蛋白质。严重的情况会使肌肉和内脏萎缩,人就消瘦、乏力、体重减轻,变得“骨瘦如柴”,各种生理功能受到严重影响,甚至危及生命。

在很多学生中存在着这样的现象,有些学生经常少吃或不吃早餐。由于体内热能不足,使得血糖降低,在上第二节课以后往往产生饥饿感,自觉手足无力,上课时思想不集中。导致这种现象发生的主要原因就是吃的食物不够,能量不足造成的,如果长久下去还会影响到生长发育。

以上我们说的是热量供应不足的情况,然而热量供应过多也不是什么好事。如果我们每天吃过多的糖果、甜食等,使食物的产热量超过需要量,那么多余的能量就会转化为脂肪,积聚在皮下组织,使皮下脂肪增厚,体重超过正常范围,出现肥胖现象。这也将成为成年期的高血压、糖尿病、心血管病等器质性疾病的先兆因子。所以增加热量也应该做到适量而止。

2.隐身的潜热

你知道什么是潜热吗?一般来说物质发生相变(物态变化),在温度不发生变化时吸收或放出的热量叫作“潜热”。物质由低能状态转变为高能状态时叫做吸收潜热,反之则放出潜热。例如在日常生活中,我们看到液体沸腾时吸收的潜热一部分用来克服分子间的引力,另一部分用来在膨胀过程中反抗大气压强做功。熔解热、汽化热、升华热都是潜热。潜热的量值常常用每单位质量的物质或用每摩尔物质在相变时所吸收或放出的热量来表示。

当物质在进行一级物态变化时,吸收或释放热量,体积会发生变化,但系统的温度不变。所吸收或放出的热量称为“相变潜热”。相变潜热与发生物态变化的温度有关,单位质量的某种物质,在一定温度下的相变潜热是一定值。

3.调节温度——比热

我们说到的比热全名应该是比热容。单位质量的某种物质,温度降低1℃或升高1℃所吸收或放出的热量,叫做这种物质的比热容。

不过不同的物质有不同的比热,比热是物质的一种特性。同一物质的比热一般不随质量、形状的变化而变化。比如说一杯水和一桶水,虽然它们的质量不一样,但是它们的比热是相同的。

此外,对于同一种物质,比热值与物体的状态有关。同一物质在同一状态下的比热是一定的,但在不同的状态时,比热是不相同的。例如水的比热都是一样的,但是如果水变成了冰,那么水和冰的比热就不同了。另外物质在温度改变时,比热容也有很小的变化,但由于这种变化很小,一般情况下可以忽略。

4.地底的成员——地热

你别看我们生活环境的温度差别不大就认为地球的温度不高,其实地球上火山喷出的熔岩温度可以高达1200℃~1300℃。天然温泉的温度大多在60℃以上,有的甚至高达100℃~140℃。通过这些数据,我们可以知道地球是一个庞大的热库,里面潜藏着巨大的热能。那么你知道地热是从哪里来的吗?要想弄清楚这个问题,就需要从地球的构造谈起。

我们可以把地球看作是一个半径大约是6370千米的实心球体。它的构造打个比方来说就像是一个半熟的鸡蛋,主要分为三层。我们把地球的外表比作是鸡蛋的蛋壳,这部分叫做“地壳”。地壳各处厚度不同,最薄的几千米,最厚的可达70千米。在地壳的下面是“中间层”,我们可以把它比作是鸡蛋白,也叫“地幔”。地幔主要是由熔融状态的岩浆构成,厚度大约是2900千米。我们把地壳的内部比作是蛋黄部分,我们把这一部分叫做“地核”,地核又分为外地核和内地核。

我们把地球分为三层,其实这三层的温度都不是相同的。从地表以下平均每下降100米,温度就升高3℃,在地热异常区,温度会随着深度增加变化得更快。例如我国华北平原某一个钻井钻到1000米时,温度是46.8℃;当钻到2100米时,温度就升高到84.5℃。

那么你知道地壳内部的温度所产生的热量是哪里来的吗。人们一般认为,热量的来源是由地球物质中所含的放射性元素衰变产生的。有人估计,在地球的历史中,地球内部由于放射性元素衰变而产生的热量,平均为每年5×1020卡。在1981年8月,在肯尼亚首都内罗毕召开了联合国新能源会议。据会议技术报告介绍,全球地热能的潜在资源相当于现在全球能源消耗总量的45万倍。

现在随着人类对地热的深入研究,我们知道地热资源就是以水为介质把热带到地表的温泉水。地热是一种新型的清洁能源,可用于发电。

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