第三章温度

1、 温度是表征物体温度是表征物体冷热程度冷热程度的一个宏观物理量，是分的一个宏观物理量，是分子热运动剧烈程度的标志。子热运动剧烈程度的标志。 物体中所有分子热运动的物体中所有分子热运动的动能动能和分子和分子势能势能的总和称的总和称为物体的内能，物体的内能跟它的为物体的内能，物体的内能跟它的温度和体积温度和体积都有关系，都有关系，改变物体内能的物理过程有改变物体内能的物理过程有做功做功和和热传递热传递两种方式。两种方式。 热力学第一定律：热力学过程中，传递和转换前后热力学第一定律：热力学过程中，传递和转换前后能量的总量保持恒定。能量的总量保持恒定。QW E一、基本概念一、基本概念二、热量的传递方式

2、二、热量的传递方式 辐射：根据各自辐射：根据各自温度的高低温度的高低通过通过电磁波电磁波交换热交换热量的方式。量的方式。 分子传导：分子传导：分子热运动分子热运动将能量从一个分子传递将能量从一个分子传递给另一个分子。给另一个分子。 流体热交换：流体通过流体热交换：流体通过相对位移相对位移进行热交换，进行热交换，空气热交换分为对流、湍流和平流三种。空气热交换分为对流、湍流和平流三种。 对流分自由对流和强迫对流；对流分自由对流和强迫对流； 湍流是流体的不规则运动；湍流是流体的不规则运动； 平流是水平方向热量传递的主要方式。平流是水平方向热量传递的主要方式。 潜热交换：水的潜热交换：水的相变相变过程

3、中，即使没有温度变过程中，即使没有温度变化，也伴随能量的转换，称为潜热交换，包括融解化，也伴随能量的转换，称为潜热交换，包括融解潜热、蒸发潜热等。潜热、蒸发潜热等。三、物体的热特性三、物体的热特性 热容量（热容量（C）：物体温度升高或降低）：物体温度升高或降低1 所吸收或所吸收或放出的热量，单位放出的热量，单位J/ ，分为质量（，分为质量（kg）热容量和容积）热容量和容积（m3）热容量。）热容量。 如：如：Cvw=4.18 106J/（ m3. ） Cva=0.0012 106J/（ m3. ） 影响土壤热容量的主要因素是土壤中水和空气的比影响土壤热容量的主要因素是土壤中水和空气的比例，湿润土

4、壤热容量大，翻耕的土壤热容量小。例，湿润土壤热容量大，翻耕的土壤热容量小。mmvCCvmC 热导率（热导率（C）：当物体温度垂直梯度为）：当物体温度垂直梯度为1 /m，单，单位时间通过单位水平截面积的热量称为热导率（位时间通过单位水平截面积的热量称为热导率（），物），物体热导率越大，其各部分之间热量传递越快，其表面温体热导率越大，其各部分之间热量传递越快，其表面温度变化越缓和，热导率越小，表面温度变化越剧烈。度变化越缓和，热导率越小，表面温度变化越剧烈。 如：如：w=0.57J /（ m.s. ） a=0.025 J/ /（ m.s. ） 土壤热导率的大小取决于土壤组成及其比例，其中土壤热导率

5、的大小取决于土壤组成及其比例，其中固体成分的热导率最大，空气最小，水居中。固体成分的热导率最大，空气最小，水居中。（） 金属为金属为0.504.15 钻石，水晶的热导率钻石，水晶的热导率0.5-0.9。 热扩散系数（导温率）：在一定热量的得失情况下，热扩散系数（导温率）：在一定热量的得失情况下，物体温度变化快慢的一个物理量。热扩散系数越大，表物体温度变化快慢的一个物理量。热扩散系数越大，表明物体各部分温度差消除越快。明物体各部分温度差消除越快。 如：如：Cvw=4.18 106J/（ m3. ） Cva=0.0012 106J/（ m3. ） 例：土壤温度变化例：土壤温度变化CK一、空气温度一

6、、空气温度 空气温度（气温）是表示空气温度（气温）是表示空气冷热程度空气冷热程度的物理量。气的物理量。气温的变化反应空气内能的变化，当空气获得热量时，内能温的变化反应空气内能的变化，当空气获得热量时，内能增加，温度升高，当空气失去热量时，内能减少，温度降增加，温度升高，当空气失去热量时，内能减少，温度降低。低。 引起空气内能变化的原因有两种：一种是没有热量交引起空气内能变化的原因有两种：一种是没有热量交换，由外界对空气做功或者空气对外界做功引起的变化，换，由外界对空气做功或者空气对外界做功引起的变化，称为称为绝热变化绝热变化，另一种是空气与外界发生热交换引起的变，另一种是空气与外界发生热交换引

7、起的变化称为化称为非绝热变化非绝热变化。dWdUdQd d =1/100m=1/100mm m =0.5/100m=0.5/100m A: B: C: 空气与外界的热量交换主要方式有空气与外界的热量交换主要方式有辐射辐射（地面与大（地面与大气）、气）、分子传导分子传导（薄层表面片流层）、（薄层表面片流层）、对流对流（对流层大（对流层大气）、气）、湍流湍流（摩擦层大气）、（摩擦层大气）、平流平流（水平方向大气）及（水平方向大气）及潜潜热交换热交换（水汽）。（水汽）。 ZT辐射型日射型 空气温度高低取决于空气的热量收支情况，低层空空气温度高低取决于空气的热量收支情况，低层空气的热量主要来源于下垫面

8、，下垫面的热源是太阳辐射，气的热量主要来源于下垫面，下垫面的热源是太阳辐射，由于由于地面辐射平衡地面辐射平衡具有明显日和年的周期性变化规律，气具有明显日和年的周期性变化规律，气温也呈现周期性变化。温也呈现周期性变化。倒春寒、秋老虎倒春寒、秋老虎二、土壤温度二、土壤温度 白天，地面净辐射白天，地面净辐射Rn为正值，土壤表面吸收的辐射转化为正值，土壤表面吸收的辐射转化为内能，土壤表面温度高于贴地气层和下层土壤，土壤热量为内能，土壤表面温度高于贴地气层和下层土壤，土壤热量一部分以乱流热交换方式进入空气，热通量为一部分以乱流热交换方式进入空气，热通量为H，一部分以，一部分以分子传导方式进入下层土壤，热

9、通量为分子传导方式进入下层土壤，热通量为G，还有一部分土壤，还有一部分土壤水分蒸发为水分蒸发为LE，夜间热量传递的方向相反。，夜间热量传递的方向相反。影响因素：影响因素：太阳高度角太阳高度角土壤热特性土壤热特性土壤颜色土壤颜色地形地形天气天气土壤每增加土壤每增加10cm，日最高气温和最低气温出现的时间滞后，日最高气温和最低气温出现的时间滞后2=3.5h，土壤深度增加，土壤深度增加1m，年最高和最低温度滞后，年最高和最低温度滞后20-30d。二、水体温度二、水体温度 水体表面的热量交换与土壤相似，通过辐射、感热水体表面的热量交换与土壤相似，通过辐射、感热和潜热交换实现，水体内部热量交换除分子传导外，还和潜热交换实现，水体内部热量交换除分子传导外，还有流体的热交换，垂直方向热交换的形式主要是湍流和有流体的热交换，垂直方向热交换的形式主要是