水的流動會產生熱嗎?

念念舊!


肯定會。其中的道理,在中學物理中就已經講過。從歷史的角度看,最早對此進行計量研究的,就是英國科學家焦耳(James Prescott Joule,1818-1889),亦即他在1843到1845年間所做的熱功當量實驗。如下圖所示,焦耳用一根纏繞在柱子上的繩子,另一頭通過一個定滑輪懸掛一個給定重量的砝碼。當放開繞繩柱的手柄之後,砝碼在重力的作用下向下墜落,拉動繩子帶動繞繩柱旋轉,而柱子的下面連接的葉片會攪動容器中的水轉動。觀察浸泡在水裡的溫度計,會發現水溫有所升高。通過測量和計算溫度變化所需要的熱量,並與砝碼下落所消耗的重力勢能進行比較,就能獲得機械能轉化為熱能的比值,亦即熱功當量。

焦耳實驗原理圖

那麼為什麼水被攪動後溫度會升高呢?焦耳的解釋是:因為水的分子之間發生了碰撞。這個觀點在當時的背景下是很超前的,因為當時原子分子理論還沒有被廣泛接受。所以,當焦耳將自己的實驗結果寫成論文提交給英國皇家學會時,居然被拒絕了。

與此同時,德國科學家亥姆霍茲卻很快察覺到焦耳的工作以及與他類似的另一位科學家邁爾工作的重要性,於1847年發表論文論述了能量在各種形式之間轉換的可能和規律,最後總結出能量守恆定律。英國皇家學會這時候才如夢初醒,承認了焦耳實驗的重要意義。

焦耳用過的實驗設備

與此類似地,例如河流或其他流動的水,其溫度實際上也會升高。但因為是開放系統,熱量會很快傳導到周圍的環境中去,達到一個熱平衡,所以感覺上似乎河流的水溫並不高。如果精確測量,就能夠發現快速流動的水溫的確要比周圍的溫度高一些。


國科大王大明


會的。

水流的動能最後會耗散為內能,其大小和馬赫數的平方成正比。水流速度一般都比較低,這時水流的動能耗散的能量非常小,對水的溫度提升幾乎沒有,所以才不會說遇到水流過程中水的溫度越來越多的問題。

另:航空航天中,高亞聲速和超聲速,甚至是高超聲速流動的情況很常見,這時流動生熱非常大。我們許願的流星,也是產生了大量的熱能,大多都沒有落到地面就被燒完了。


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