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物理学基础

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杉树鹿夏 2025-06-12 13:05:16

热是能量的一种形式。因此，可以用其他形式的能量来描述热能的数量，即热量。对于一个给定的系统，设该系统对外界所做的功为W，而系统内能的改变为δ，则该系统所吸收的热量是

Q=W+δ （7-1-1）

式中：Q为热量，J，与功的量纲相同。

实验证明，物体有储存热能的能力。为了定量地描述这种能力，定义单位质量的物质温度升高一度时所吸收的热量为物质的比热容。如果令c代表物质的比热容，则

岩石物理学基础

式中：m为质量；ΔT为温度增量。比热容的单位是J/（kg·K），或J/（kg·℃）。

热能在物体中以三种方式传播，即传导、对流和辐射。其中，在热传导方式中没有物质的迁移，而在对流过程中热能是通过物质输运传递的。在热辐射方式中温度较高的物体将其所含热能以电磁波的形式辐射出去。

单位时间内通过单位面积的热量称为热流。令j代表热流，令T代表绝对温度，则j和T的梯度之间通过傅立叶定律联系在一起，即

j=-λ▽T （7-1-3）

式中，比例系数λ称为热导率，其物理意义是沿热传导方向，单位厚度的岩石两侧的温度差为1K时，在单位时间通过单位面积的热量。热导率的单位是W/（m·K），或W/（m·℃）。另外，上式中的负号代表热流的方向与温度梯度的方向相反，即由温度高的地方流向温度低的地方。

热扩散率表示岩石在加热和变冷时各部分温度趋于一致的能力。令a代表热扩散率，则其数学表达式为

岩石物理学基础

热扩散率的单位是m2/s。

固体中的热传导机制主要由两部分组成：①电子传导；②晶格原子传导（晶格传热）。金属中的传热主要由电子传导；硅质物质中的传热主要由晶格原子完成。

固体的导热理论由Debye建立。其概要是：①介电体及大多数半导体的导热由晶格激发（声子）引起；②声子散射可以发生在声子与声子、声子与晶体边缘及声子与缺陷之间，由此可见，固体的传热能力与固体的结构有关；③固体的比热容是温度的函数，其中称为Debye温度的参量起很大的作用（与磁学中的居里温度类似）；④在Debye温度以上，热导率随温度的上升而下降，即k∝T-1；⑤玻璃质（非晶质）的物质的热导率随温度上升而上升，即k∝T。

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