第三十五章：热量
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休息休息♨️（《Sendtoyou.》）：“妈妈说我该穿秋裤了……emmm.”司徒景蔓咬着零食说道。“我也觉得你多要点温度更得我安心”，苏幕笑着说道。“emmmm，好吧，那你先让我了解什么是热量嘛？大帅！”司徒景蔓用耍赖的口气说道。“emmm，不满足你，是不是不打算穿秋裤？”“bingo！”“那你首先应该明确什么是热。在热力学中，热是固体，液体和气体中的原子，分子或离子等微小粒子运动的结果。热能可以从一个物体传递到另一物体。由于两个物体之间的温度差而引起的能量传递或流动称为热量。”“它何时起源的呢？”“对热能的现代理解起源于汤普森于1798年提出的热机械力学理论，而后法国著名军事科学家和物理学家萨迪·卡诺在19世纪20年代也做出了类似的研究。与哥白尼一样，卡诺只在1824年出版了一本著作《关于火的动力学》，该书概述了卡诺热机、卡诺循环和动力之间的基本能量关系，它标志着热力学作为现代科学的开始。”“看来卡诺是热力学之父，我的puter！”“对，他的主要贡献就是以他名字命名的卡诺热机与卡诺循环。”“卡诺循环，这名字好。”“不是卡布基诺，和喝得没关系，知道你的脑袋瓜里在想啥。”“嘻嘻，继续继续！”“在十九世纪五十年代，差不多同时发现了热力学第一定律和热力学第二定律。热力学第一定律指出，一个孤立的系统内部能量是恒定的，也就是大家耳熟能详的能量守恒定律。热力学第二定律是热量不能自发的从较冷的地方流动到较热的地方，而由此引出了在非平衡系统的所有行为都是使其熵最大的熵增原理，第二定律基本解释了自然界中的不可逆现象。而后发现第三定律是作为一个系统的温度接近绝对零度，所有的进程停止，该系统的熵接近最小值。也就是说系统不可能达到绝对零度。除了三大热力学定律，还有一个基本的热力学第零定律。”“啥？”“如果两个系统都与第三个系统处于热平衡，他们也彼此热平衡。热力学发展至今已经发展出好几个相关的分支，每个分支都是用不同的基本模型作为理论或实验基础，或者是将原理应用于各种类型的系统。主要分为经典热力学、统计热力学、化学热力学、平衡热力学和非平衡热力学等。”“好嘞！虽然我一个都不了解。”“噗嗤，接下来了解下热力学与退火，当物体在加热的时候，可以液化或者汽化从而变成液体或者气体，到处移动。但是一旦冷却下来，就只能变成固态，做一个静静的美男子，譬如我。”“你个人，是是是！”“物体这样，人其实也这样。以前天气暖和的时候，可以到处蹦跶到处跑，但是突然降温，添衣服不及时的话，就会发现屋子里才是待着最舒服的地方。这个原理被称为退火，本来这是一个冶金里面的专有名词，是对材料的一种处理手段。所谓退火就是将材料加热后再经特定速率冷却，其目的是增大晶粒的尺寸，并减少晶格里面的缺陷。原本材料刚成型的时候，材料中的原子只会停留在能量局部最小值的位置，并不会自动优化到更好的结构。但是，一旦加热，能量变大，原子就能够随机地在其他位置中移动。这种方法实在是很有效，其使用也远远地超出材料领域。人们把这个算法抽象出来，用在实际问题中，用来求解全局的最值问题。我们可以设想有一个池子，池子里面原本有很高的水位，所以到处都是水。随着池子里面的水位逐渐下降，能去的地方就只能是原来的小凹槽了，假设我们还可以晃一晃这个池子，让水可以遍布各个凹槽。水位继续下降的时候，高的凹槽里面的水会越来越少，我们最终也就得到了依概率收敛的系统全局最优解。这样的算法就被成为'模拟退火算法'。如果退火冷却时速度越慢，那么原子就有更多的可能可以找到比原先更低的位置。”“那么如何让自己暖和起来呢？”“热能一般通过三种方式进行传输和流动，也就是热传导、对流和辐射。在微观尺度上，当快速移动或振动的原子分子与相邻的原子分子相互作用时，就会将其一些能量转移到这些相邻的粒子中，这就是热传导。因为金属还包括了自由电子的移动，所以它传热速度更快。传导是固体内部或固体之间热接触的最重要的传热手段。流体，尤其是气体，导热性较低。而这预示着，你不能够在冬天去舔大铁门！这样子你不仅会和铁门黏在一起，还会损失很多的热量。而且热传导定律结合热力学第二定律的话，为了保暖，我们应该去触摸比体温温度更高的物体来吸收热量，比如脖颈。”“譬如：我喜欢把手放在你的脖子里取暖。”“是，我心疼我的脖子，不过，是你，就算了。”“够英勇，我喜欢。”“流体主要的热传输过程是对流，对流是指通过流体的运动将热量从一个地方转移到另一个地方，这一过程实质上是通过质量转移进行的热量转移。流体的整体运动在许多物理情况下增强了热传递。对流通常是液体和气体中热传递的主要形式。当由于流体温度变化引起密度变化而引起大量流体运动时，就会发生自然对流。人是活在流体的世界中的，比如周围的空气和水。又因为对流传热是由流体在人体表面上运动带走的热量，所以对流强度取决于接触的身体表面积，空气流速以及皮肤表面与周围空气的之间的温度梯度。而这个时候要想在冷风中立于不败之地，一定要裹紧自己的小外套，不裸露自己的皮肤，这样就可以让冷风少带走一些热量。最后一种热传递方式就是热辐射。热辐射是物质以电磁波的形式把热能发射出去，这是因为所有物质的温度都超过绝对零度，正因为热辐射是电磁波，所以它可以在真空中传播。热辐射其实是物质中原子或分子随机运动的直接结果，由于这些原子和分子由带电粒子组成，因此它们的运动会发射电磁波，从而将能量从表面带走。所以秋裤，不仅可减少空气对流带走的热，还能减缓辐射带走的热，并且能够在接触凉板凳的时候，也能减少与凉板凳过度接触造成的热量损失。哇咔咔，简直是防寒利器，所以妈妈说得好，我估计我妈以后也会让你多穿秋裤。”“emmm，有一种冷，叫妈妈们觉得我冷！got。”……四季暖阳，开在心田；春夏秋冬，依偎时光。你说，为啥你不冷？我说，因为有你啊，一直在心上。^～^（2019.11.11点滴随笔）
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