热传递论文研究意义模板

摘要：金属成为热的良导体的原因不是金属原子外层的自由电子或者外层电子的互绕运动，而是因为金属原子外层有数量更多的电子的运动频率等于或者接近红外光波的频率，非金属是热的不良导体的原因也并非其原子外层没有自由电子，也是因为其原子外层电子的运动频率离红外频率更远。关键词：热，良导体，不良导体，原子，自由电子，运动频率，红外光波，共振1 温度与热笔者通过系列的论文阐述了温度的物理意义，温度并不是经典统计物理学中所说的是大量分子（原子）无规则运动剧烈程度的反映，即使物体分子没有无规则地运动，也即使物体是单分子（原子）物体，物体将同样地具有温度。对于物体分子（原子）而言，由于分子（原子）的体积、原子核外电子的绕核运动的半径或者频率等等属性均随着温度的变化而发生变化。人们正是利用了分子（原子）的体积随温度变化的属性做成了温度计，我们也可以利用原子核外电子的绕核运动的频率随温度而变化的属性来测量温度。实际上，不论是原子物体还是非原子物体空间，为了了解其温度高低，我们就必须在其中放入测温原子（温度计），那么测量原子与被测物体（空间）之间就一定首先发生热交换，只要测原子吸收或者释放的热量很小，不至于影响被测物体（空间）的热属性，当热交换达到动态平衡之时，测温原子的体积也好，核外电子的运动频率也好，都已经达到某一稳定值，只要测得这些数值，就可以知道原子的温度——被测物体（空间）的温度。我们知道，吸热后的原子温度一定升高，原子的体积一定增大，这种变化需要一个过程——原子核外电子的运动速率增大频率增大——电子不可能在原来运动轨道上运动，而产生了向外的属性运动——电子运动半径增大，运动速率减小频率减小。所以，对于同一个测温原子，如果其核外电子的运动频率越小，被测物体（空间）的温度将越高（详见笔者《论绝对温度与气态方程》）。在此，笔者不再讨论温度与原子核外电子运动频率的关系，而要讨论的重点内容是测温原子所吸收或者释放的“热量”是什么？它是怎样吸收、释放“热量”的？从以上的温度变化过程来看，只要能够使原子核外电子的运动频率发生变化，原子就一定吸收或者释放了“热量”。那么，有什么过程能使原子核外电子的运动速率发生变化呢？在笔者的系列论文中，已经论述了物体发生加速运动原因——（1）环境自由粒子具有密度梯度 ；（2）环境中某空间位置自由粒子的速度的时间变化率 ；（3）对于运动物体而言，环境自由粒子具有速度旋度 ；（4）对于由原子分子构成物体，环境自由原子（分子）具有温度梯度 ，物体在这样的空间环境中，必然地发生运动状态的改变，笔者把这种物体因环境因素而发生加速运动称为环境属性运动，简称为属性运动。也就是说，物体在加速运动并不是什么力作用的结果，而是它在环境中应有的属性。温度既然是原子核外电子绕核运动频率大小的反映，电子一旦脱离原子核的束缚，无论其运动速度有多大，也与温度扯不上关系，同样地，除原子或由原子组成的物体之外的其他粒子，也与温度无关。所以，比原子小的一些粒子，比如：电子、质子、中子、夸克……暗物质电性子、中性子等等，这些自由粒子的运动都是温度无关，只有电子在原子核外绕核运动时才与温度有关。所以上述的物体加速运动原因的第四点只对于原子物体或者由原子组成的物体适用。物体原子核外电子运动速率的变化是物体温度变化根本原因与根本实质，当我们研究物体的温度为什么变化而对电子运动速率的变化进行研究时，就应该把这第四点进行排除。另外，对于第三点，因为环境自由粒子的速度旋度对运动物体产生的属性加速度总是垂直于运动物体的运动速度的方向，这就是说，这种属性加速度只能改变物体的速率方向，而不能改变速率大小。所以，对于原子核外的运动电子，如果存在着这样的属性加速度，要么只能使电子向某一个固定方向的运动速度增大，还有可能使电子最终脱离原子核周围虚体环境的束缚，飞到原子核外的空间，形成真正的自由电子——光电效应的光电子就是一个很好的例证；要么只能改变电子的运动速度的方向，而不能改变其速度大小。也就是说，这种环境绝对不可能改变原子核外电子绕核运动频率大小，不可能改变温度高低。故如果这种环境所具有能量，那它一定不是热能。对于自由粒子密度不平衡的空间，粒子密度梯度方向的不可逆性决定了原子核外电子在这种环境中运动一周不可能改变电子运动动能，当然也不可能使其绕核运动的频率发生变化，所以，使物体升温的环境也不是自由粒子的密度梯度环境。通过以上逐一的排除，我们完全有理由相信，能够使物体升温的环境一定是——固定位置的自由粒子速度变化率的环境！那么这种环境是怎样形成的呢？怎样才能使空间某个固定位置的自由粒子的运动速度具有时间变化率呢？实际上，我们通过分析就可以知道，在任何一种正弦波动的空间里，空间的任何一个固定位置或者任何一个固定的媒质质点的运动速度就是不断地发生变化的，它一定有时间变化率。也就是说，一定存在着某种正弦波动可以使原子核外电子绕核运动的速率、频率发生变化——可以改变物体的温度！在所有波动中有中性子与电性子波动即光波与电磁波有着以上的可以使原子核外电子绕运动的速率、频率发生变化的功能，但是由于我们已知的正弦电磁波频率太小，远小于原子核外电子绕核运动的频率，它对改变原子核外电子的绕核运动的速率、频率的帮助不大，甚至没有帮助。只有中性子波动——光波，它产生于原子核外电子绕核运动激发中性子，光波的频率与电子绕核频率相同，当光波照射到原子上时，在原子的空间区域中产生了运动速度按正弦规律变化的中性子运动，即产生了 的等效环境加速度，如果原子核外电子的运动频率接近于该中性子的波动频率而且电子的速度方向与 相同时，那么，电子由于属性运动其速度将增大，从而导致其运动频率及温度的改变。由于空间的中性子波动并不只是由一个原子的核外电子的运动激发产生，而是由无穷多电子激发产生，所以，在这些波动之中总是存在着与原子核外电子速度方向相同、频率接近的波动，使原子升温。所以实际上，原子的吸热过程是原子核外电子在中性子波动环境中发生属性运动使其速度增大的过程，故所谓热量，其实质是空间环境的光波——中性子波动中性子媒质速度的时间不平衡。每个原子，其核外电子总是运动于中性子波动环境，它总可以在这种环境发生属性运动而增加动能——吸热，使原子温度升高。同时，也因为这些核外电子运动于中性子环境中，每个电子都在运动过程中激发中性子波动，电子本来具有的动能的一部分将再一次转化为中性子波动的各种不平衡，于是电子的动能减小，原子的有效半径将随之减小，原子的温度也随之下降。所以，电子激发中性子波动的过程实际上就是原子物体的放热过程。在任何一个环境空间，在某段时间内，由于各种因素的存在决定该空间的中性子波动的量值为一个较为稳定的数值，因此如果在此空间放入测温原子，测温原子的核外电子在空间中性子波动的环境中既吸收热量，又放出热量，当原子的吸热与放热达到平衡时，原子的温度稳定了。这就是测温的原理，这就是热的实质！2 热对流热的实质是什么？它是中性子波动——光波特别是红外光波媒质振动速度的时间不平衡的强度！光波一旦形成，它就在空间传播，光波媒质的振动速度也随之在空间传播，当然媒质振动速度的时间不平衡也随之在空间传播，所以，光线传播的过程也就是热传播的过程，热传播的过程也是光传播的过程。笔者曾在《暗物质寻踪（六）》及《论光、热与电磁波》等文中认为热是红外光波所携带的能量，这只是笔者对光与热的关系不是十分清楚的情况下而得出的片面的结论，笔者在此谢过，并作特别的更正。我们把热量随光波的传播过程称为热辐射。在热辐射、热对流与热传导这三种传播方式之中热辐射是最基本最重要的途径，实际上，热对流与热传导都是基于热辐射的热传递方式。热对流是星球附近的气体对热量的一种特有的传递方式。在《论万有引力、重力和物体的属性力》一文中，笔者论述了地球附近的空气密度因中性子密度梯度而产生的分布，地球附近任何一处的空气密度梯度与该处的中性子密度梯度大小相等方向相反，使空气分子竖直向下与竖直向上的属性加速度相互抵消，空气分子才以比较平衡的状态出现我们人类面前，不至于全部落至地面上也不至于全部平均分布于整个宇宙空间（当然，这也是不完全的论述，全面的论述还必须考虑温度梯度对空气密度分布的影响，见笔者《论能量最原始的形式（三）》）。某处的一个热源，热源的原子核外电子不断激发中性子而产生强度的中性子波动——光波，在热源附近的空气分子（原子）则存在于这些中性子波动环境之中，空气分子（原子）吸收了热量，每个分子（原子）所占的空间体积增大，温度升高，气体局部体积增大，密度减小，于是，热源附近的空气形成了两种梯度——以热源为中心指向外的温度梯度和方向相反的空气密度梯度。如果空气在没有中性子密度梯度即没有重力场的环境中，空气分子在这分子密度梯度环境中产生的属性运动加速度总是小于在温度梯度环境中产生的加速度，热源发热功率不大时，气体分子只是较缓慢地向着温度梯度方向发生属性运动，热源发热功率很大，气体分子向着温度梯度方向的属性加速度将随之增大，甚至可以发生强烈的爆炸！总之气体分子只是以热源为中心向外扩散运动，其方向是确定的，而不可能同时有气体分子向着热源中心扩散运动，即不可能发生热对流。如果这是一个处于整体天体（比如地球）附近的热源，那么情况就完全不相同了。天体周围存在重力场，因此在热源附近的空气，除了具有上述的方向相反的温度梯度与局部空气密度梯度之外，空气分子还运动于地球周围的中性子密度与大环境的空气密度梯度之中，因此，空气分子除了具有前面所说以热源为中心的扩散运动之外，更重要由于受热的局部空气的密度减小，使其产生了上浮的属性运动，同时，在其上方的空气分子却产生了下沉的属性运动，填补了受热空气上浮产生的空间体积空缺而来到热源附近，在热源热量的辐射下，再使其升温……这就是热对流形成的原理（笔者在《论浮力》一文中也有热对流的论述）。3 热与可见光波、红外光波笔者在以前的论文中，一直认为热是红外线光波媒质粒子运动速度的时间不平衡，为什么笔者会在这里忽然改变论点而认为热是光波的媒质粒子运动速度的时间不平衡呢？这不是大大地扩大了能够产生热的中性子波动的频率范围了吗？要弄清楚笔者观点的变化，则必须弄清楚可见光波是否具有热效应，如果可见光波确实有热效应，那么笔者观点的变化是正确的，反之则是不正确的。笔者再次强调——对原子物体而言，温度的实质就是原子核外电子绕核运动的速率（频率），温度变化的实质则是原子核外电子绕核运动速率（频率）的变化！所以，只要可见光能够使原子核外电子绕核运动的速率（频率）发生变化，就可以说可见光具有热效应。从理论上来说，在可见光环境空间的原子物体，原子核外电子绕核运动的速率完全可以在这种环境中发生属性运动，使速率发生增大，可见光的频率越是接近原子最外层电子的运动频率，电子运动速率的变化越是明显，原子物体的温升现象也越是明显。我们还可以从实验来进行证实——实验时必须有足够大没有原子物体的空间环境，在此空间环境中放入数量很少的测温原子，用滤除了红外线的高强度可见光照射测温原子。笔者预言，测温原子在可见光的照射前后的温度一定不相等，照射后一定发生了温升！那么为什么红外光波在所有的光波中热效应最为明显呢？其实原因相当简单，只是红外光波的频率最为接近一般原子核外最外层电子的运动频率，原子核外最外层电子在红外光波环境中运动时，最容易发生共振，环境中性子速度的时间不平衡最为容易转化为电子运动的动能，使电子的运动速率增大。4 热传导与热的导体温度是大量分子（原子）做无规则运动剧烈程度的反映，这是经典物理学的观点，这种观点不但在解释温度时应用了，而且在解释热传导时也应用了，从表面上看都是应用了“无规则运动的剧烈程度”，但是却是完全不同的两码事——在解释温度时“无规则运动剧烈程度”描述的是分子（原子）的运动；在解释热传导时“无规则运动剧烈程度”描述的则是电子的运动。如此一来，温度到底是大量分子（原子）还是大量电子的无规则运动剧烈程度的反映呢？或者是大量微观粒子无规则运动剧烈程度的反映？温度描述的无规则运动的主体到底是原子还是分子还是电子或者是其他微观粒子？哪一种微观粒子的无规则运动的剧烈程度更能反映温度的高低？所以，经典物理学的温度概念一定是错误的。笔者正是看到了这种错误，才形成了《暗物质寻踪（六）》等文中热传导的概念。在这些论文中，笔者认为无论任何原子，无论这些物体是什么物态，其核外电子均不可能脱离原子核的虚体环境空间，跑到原子核虚体环境之外的空间形成经典物理学中所谓的自由电子，所有原子核外电子都绕核运动。也就是说，笔者的观点是——任何物体中都不可能存在真正的自由电子！在这些论文中，笔者认为热传导的原因是相邻原子的核外电子互绕运动。在本文中，笔者的观点进一步发生了变化，热传导的原因并不是相邻原子的核外电子互绕运动！构成物体的各个原子之间除了原子虚体部分有某些相交之外，原子核外电子都仍在各自地绕核运动，并不存在什么互绕，更没有所谓自由电子！热传导的真正原因同样还是热辐射！我们知道，原子核外电子在绕核运动过程中，不断地激发中性子而产生中性子波动——光波——这就是热辐射！因为“热”就是中性子波动的中性子媒质粒子运动速度的时间不平衡，有光在传播就必然有“热”的传播。所谓“热传导”是热沿着物体从高温部分向低温部分传递。在实际情况中，物体的高温部分一定靠近热源，物体通常也是指由原子组成的物体。当物体一端靠近热源时，热源发出高强度的中性子波动（光波），使这部分物体的原子都处于中性子波动环境中，核外电子更是运动于中性子速度的时间不平衡环境中，由热源发出的中性子波动的频率通常比较低，而且可能有更多的红外光波，这些波动的频率与物体原子的外层电子运动频率接近，容易使电子发生共振并使电子的速度或者频率发生变化引起温度升高。即靠近热源的原子首先发生温度升高。这些靠近热源的原子，它们不只吸收“热量”使其温度不断升高，而是在其吸收“热量”的同时，其核外电子也不断激发中性子产生中性子波动。由物体原子产生了中性子波动是向着四面八方传播的。由于物体原子产生的波动强度要小于甚至可能远小于热源的中性子波动强度，因此产生的热传播方向一定是从热源指向物体；在物体之外的空间，存在着热源产生的中性子波动，也存在着经热源“加热”后物体原子产生的中性子波动，如果这些空间没有其他原子，那么，这些中性子波动将向着无穷远传播，如果这些空间存在其他原子，那么，这些原子将会在这些中性子波动环境中发生属性运动而引起温升；在物体的内部空间，热源产生的中性子波动由于受到表面或者靠近热源的原子的阻挡（吸收与反射），致使多数内部原子不能直接运动于热源产生的中性子波动环境中，所以热源不可能直接使大部分物体原子发生温升，尽管如此，由于靠近热源的物体原子在升温之后也不断地产生了中性子波动，这些波动除了一部分向热源方向与物体之外的方向传播，还有一部分在物体内部原子中传播，于是，形成了“热量”在自发情况下从物体的高温部分向低温部分的传播。“热量”的传播过程同样是物体原子在中性子波动环境中发生温升的过程。笔者以上热传导的观点否定了经典物理学中大量“自由电子”无规则运动碰撞发生热传导的观点，当然也否定了热的良导体与不良导体形成的原因。笔者坚持的是，任何物体中没有所谓的“自由电子”，物体内部所有的电子并不自由，这些电子总是绕其原子核做其应有环境属性运动，它们不可能脱离原子核虚体环境的束缚形成“自由电子”，除非原子外部存在有一个更加强大的环境，在物体内形成了一个大环境，在这种情况下，物体原子的部分外层电子有可能在大环境的帮助下脱离原子核的小环境，从而在大环境中发生属性运动，电流就是这样形成的。物体内部没有自由电子，不可能做无规则的运动，也谈不上在运动中碰撞。至于热的良导体与不良导体的形成，这还是与原子核外电子的运动频率有关。在上面的论述中，总是离不开原子核外电子的共振吸热——核外电子的绕核频率越是接近中性子波动频率，电子运动速率增大越快，温升速率也越快。鉴于此观点，笔者预言，单质金属原子核最外层电子的绕核频率较低，单质非金属原子核最外层电子的绕核频率较高，但是无论是哪一种元素，其原子核最外层电子的绕核频率一定大于红外光波频率。即有 。这就是形成热的良导体与不良导体的原因。在热源附近的金属，由于其原子最外层电子运动频率较低，接近热源红外光波频率，所以，电子吸热明显，吸热后电子运动频率更低更接近甚至等于红外光频率，吸热效果更为明显，于是形成一个吸热的良性循环。同时，这些吸热后的原子也不断激发与其电子运动频率相同的中性子波动，向着低温部分传播，低温部分的原子以同样的方式发生吸热升温。因为金属原子核外电子的运动频率接近红外频率，使原子吸热升温相当快，传递也相当快，故金属是热的良导体。对于非金属原子，由于其原子最外层电子的运动频率较高，远离红外频率。所以，靠近热源的非金属原子核外电子在热源低频中性子波动中吸热速率缓慢，温升速率缓慢，这些温升的原子激发的中性子波动强度也很弱，在非金属其他远离热源的原子，在强度很弱的中性子波动中的温升就更小了。所以，非金属是热的不良导体。不论物体由什么原子构成，中性子波动——光波照射到物体原子表面时，由于空间中性子密度在物体表面处发生较大变化，于是，光波一方面会形成反射，一方面会被物体原子吸收而发生温升。所以，温升越明显，反射将越弱，温升越弱，反射将越强。更因为原子核外电子运动频率的缘故，便形成了金属物体对可见光的强反射，非金属物体对可见光的强吸收的自然现象。5 空间温度的高低在《论真空的温度》等文中，笔者指出空间的温度高低决定于空间中性子波动的强度，但是，有一个很有趣的问题是，同处于地球绕太阳运动轨道上的地球和其他位置地点，太阳热源对这些所有地点中性子波动的辐射强度都是相同的，为什么却形成了地球的温度远高于其他地点的温度呢？温度的高低决定于空间中性子波动的强度的说法是否正确呢？对于这些问题的解决我们必须首先分析地球的结构及其物质组成。我们都知道，地球表面附近的几十千米高的空间范围内存在大气层，笔者把这个大气层称为地球运动实体的虚体部分（实际上，地球运动实体的虚体部分远不止这一丁点，它应该包括地球重力场范围内的所有空间区域）。我们还知道这个大气层的气体密度是自上而下是递增分布的，而且气体密度梯度相当小。虽然地球表面的中性子密度自上而下是递减分布，但是由于大气密度分布影响，使得中性子在地球表面的密度梯度趋于零，甚至形成了自上而下递增的中性子分布，这也就是说，当太阳光——中性子波动从外太空进入大气层时，因中性子密度梯度而产生的反射量相当小，大部分都能顺利进入大气层内部。无论是可见光部分也好，红外光部分也好，都能顺利进入大气层内部。光波一旦进入大气层之后，经过大气分子的反射等影响要重新射出大气层之外更为困难。另外，组成大气的元素基本上都是非金属元素，这些元素的原子对可见光的吸收能力很强，把可见光部分的中性子波动的不平衡转化为电子的运动动能，使大气温度升高，而这些原子对红外光波形成了有效的反射，使地球表面空间的中性子波动强度远高于地球轨道上外太空的中性子波动强度。这就是地球表面的温度远高于地球轨道上外太空的温度的原因。实际上，我们人类用于保暖的棉衣等都是基于非金属原子物体对红外光波的有效反射使局部空间内部的中性子波动特别是红外波动的强度增大的原理来实际保温保暖的。笔者在文章最后需要指出的是，我们现代的工业生产中大量地排放二氧化碳，使大气层底层的自由分子密度逐年增加，这对红外波动在大气底层内部形成更为有效的来回反射，于是大气温度在逐年上升，近几年终于出现了历史上少有的暖冬现象。完稿于2005年1月24日星期一