家人们,今天我得跟你们唠唠我最近发现的一个事儿,可有意思了。我炒了半辈子菜,天天跟锅碗瓢盆、柴米油盐打交道,对热啊冷啊这些事儿,那可太熟悉不过了。你们有没有注意到,在生活里,让一个东西热起来好像挺容易,可要是想让它冷下去,那可就费老劲了。就好比咱烧壶水,插上电或者点上火,没一会儿水就咕噜咕噜烧开了;但要是想让这烧开的水快点凉下来,放凉了喝,那可得等上好一阵儿,要是再想让它变得冰冰凉,那更是难上加难。这到底是为啥呢?今天咱就一起来掰扯掰扯。
咱先从最基础的说起,这热量到底是咋回事儿呢?其实啊,物体的冷热程度,也就是温度,和它内部的分子运动有关。温度越高,分子运动就越剧烈;温度越低,分子运动就越缓慢。打个比方,就像咱课间休息的时候,同学们在教室里跑来跑去,闹哄哄的,这就好比高温物体里活跃的分子;要是上课铃一响,大家都乖乖坐好,安安静静的,就像低温物体里相对安静的分子。而热量呢,简单来说,就是物体之间因为温度差而传递的能量。
那热量是怎么传递的呢?主要有三种方式,分别是热传导、热对流和热辐射。咱一样一样来讲。就说热传导吧,这在生活里太常见了。你们想想,咱用铁锅炒菜的时候,把锅放在火上,火的热量就会通过铁锅,一点点传到锅里的菜上。这铁锅就是传递热量的介质,热量从温度高的锅底,慢慢传到温度低的菜那儿,这就是热传导。再说说热对流,这个在液体和气体里比较常见。就拿烧水来说吧,锅底的水先被加热,温度升高,热水就会往上跑,而上面温度低的冷水就会流下来补充,这样一上一下循环流动,整锅水就都热起来了,这就是热对流。最后是热辐射,这个可能不太好理解,其实啊,热辐射不需要任何介质,物体就能通过发射红外线这种电磁波的方式,把热量传递出去。比如说太阳,它离咱们那么远,中间都是真空的,没有什么东西可以传导热量,但是太阳的热量却能通过热辐射,穿过茫茫太空,照到咱们地球上,让咱们感受到温暖。
知道了热量是怎么传递的,咱们再回到开头的问题,为啥加热容易制冷难呢?从热量传递的方向来说,这是由热力学第二定律决定的。简单来讲,这个定律告诉我们,热量总是自发地从高温物体传向低温物体。你们看,咱们要加热一个东西的时候,比如说烧水,咱们找来的热源,像火啊、电啊,温度都比水高得多,热量就顺着这个自然的方向,很容易地从热源传递到水里,水就热起来了。但是制冷可就不一样了,制冷的时候,咱们得让热量从低温的物体,比如说要冷却的水,传递到高温的环境中去,这就违背了热量自然传递的方向,所以就困难得多。
打个比方吧,这就好像让水往高处流一样,水在重力的作用下,本来是会往低处流的,这是自然规律。如果咱们非要让水往高处流,那就得借助水泵之类的外力,消耗额外的能量才能实现。制冷也是这个道理,要让热量从低温物体传递到高温物体,就得借助压缩机、制冷机这些设备,消耗大量的电能或者其他形式的能量,才能完成这个违背自然趋势的过程。
再从生活中的实际情况来看,咱们周围的环境温度一般都比较适中,大概在十几度到三十几度之间。比如说,咱们要把一杯十几度的常温水加热到一百度烧开,这个过程中,热源,像煤气炉的火焰,温度能达到上千度,和水之间的温差非常大。根据刚才说的热传递原理,温差越大,热传递的速度就越快,所以水吸收热量就很快,也就很容易热起来。但是反过来,要是咱们想把一杯一百度的开水快速冷却到十几度的常温,周围环境的温度也就三十度左右,和开水之间的温差相对就小多了。而且,要让开水的热量传递到周围环境中去,还受到很多因素的限制,比如说空气的导热性不太好,热传递效率比较低,所以开水冷却下来就需要很长时间。要是咱们想让开水变得更冷,比如冷却到几度,那就更难了,因为周围根本找不到温度那么低的自然冷源,只能借助冰箱、空调这些专门的制冷设备,而这些设备要消耗大量的能量,才能制造出低温环境来吸收开水的热量。
还有一个原因,从微观的分子层面来讲,分子的运动总是趋向于变得更加混乱,也就是熵增。加热的时候,分子从相对安静变得活跃起来,这个过程符合分子运动的自然趋势,所以比较容易实现。但是制冷的时候,要让分子从活跃变得安静,从无序变得有序,这就不太符合分子运动的自然趋势了,所以就需要外界施加很大的作用,消耗很多能量才能做到。
就拿咱们家里的空调来说吧,夏天制冷的时候,空调的压缩机要拼命工作,消耗大量的电能,才能把室内的热量抽到室外去,让室内变得凉爽。而冬天制热的时候呢,空调只需要把室外相对低温环境中的热量,通过热泵技术,转移到室内来就可以了,这个过程相对来说就容易一些,消耗的能量也比制冷的时候少。
我还记得有一次,我在家里做绿豆汤,煮好之后特别烫,我就想快点让它凉下来,好放进冰箱里冷藏。我先是把绿豆汤放在水龙头下面冲凉水,一开始感觉还挺有效,绿豆汤的温度降下来了一些。但是过了一会儿,我发现再怎么冲凉水,绿豆汤的温度下降得都很慢了。后来我又找了个大盆,装满了冷水,把装绿豆汤的锅放在里面,想通过热传导和热对流的方式让它凉得更快一些。结果等了好半天,绿豆汤才稍微凉了一点。这时候我就深切地感受到,让一个热的东西冷下来,真的太不容易了。
家人们,生活中的这些热啊冷啊的现象,背后都有着这么多有趣的科学道理。下次你们再做饭、烧水,或者用空调的时候,不妨多留意一下,说不定就能发现更多有意思的事儿。要是觉得今天这篇文章有点意思,就请动动你们的发财小手,给我点个赞、关注一下呗,祝大家都能发大财,生活越来越顺心!