第三节 热 量
热量是能量的一种形式。物体所具有的热量的增减会引起其温度的升降。这是个定量的概念，也就是说，它的量值可以用径定义的单位来计量。热量的量值可以用使一种标准物质温度升高的程度来测定。常用的计量单位是卡路里，1卡路里(简称卡)是将1克水的温度升高1摄氏度．(即从14.5℃到15.5℃)所需的热量。同样，将1磅水温度并高1华氏度所需的热量定义为1英热单位(B.Th.U)，它相当于252卡。在民用范围内，常用的热量单位是撒姆(Therm)，1撒姆等于100000英热单位。
热量以分子运动的形式存在于物质内部。当人们加热一种物质时，能量就以分子更剧烈运动的形式储存于其中。所加的热量越多，其温度也就越高。但是，物质的最终温度不仅取决于所加热量的多少，同时还取决于被加热物质的“比热”。比热的定义是将l克物质的温度升高1℃所需热量的卡数。由于l克水温度升高1℃所需的热量是1卡，因此水的比热是1。其它物质的比热均可以与之相比较。大多数固体和液体的比热都比水小，因此，当这些物质升高同样的温度时，它们所需要的热量通常都比相同质量的水升高同样温度所需的热量少。反过来说，当质量相同时，同样的热量可以使这些固体和液体升高的温度要大于水。某些常见物质的比热如下：
铝 0.21 铜 0.09 乙醇 0.58 冰 0.50 铁 0.11 蒸汽 0.50 水 1.00
从这些数值可知，物质的比热与它的状态有关。水的固态、液态和气态三种形态的不同比热证实了这一点。
热量是产生火的前提，因此，认真研究热量由一种物质传递给另一种物质的方式，对于本书来说是至关重要的。下面我们将分别对热量传递的三种方式一传导、对流和辐射加以讨论．
1.3.1 传导
在互相接触的两个物质之间，热量总是从温度较高的物质向温度较低的物质流动，同样，在物质内部，热量总是从温度较高的部分流向温度较低的部分。因此，热量可以通过钢梁从建筑物的一部分扩散或流动到另一部分(即使钢梁穿过砖墙或混凝土墙，也能出现这种情况)。引起热量传递的原因是：物质的温度越高，分子运动的速度就越大，由于相邻分子问的相互碰撞，就可使一部分热量传递到其相邻的部分。热能就这样在整个物质中传递，从理论上说，最后整个物质会升高到相同的温度。但实际上热量在传递过程中总会有一定的热量损失。
热能传导的方式类似于电能的传导方式。一般地说，热的良导体也是电的良导体。热和电的最良导体的排列顺序依次为：银，铜和铝。同样，热的不良导体一般也是电的不良导体，如砖和混凝土等。
物质的热导率在一定程度上取决于它的初始温度。热导率的符号是K。表1—3列出的是某些固体、液体和气体热导率的相对值。 从表1-3的数据我们可以知道： (1) 金属的热导率较高，
(2) 气体、液体和多数非金属固体的热导率较低。
(3) 由于疏松、多孔材料的孔中含有大量的空气，因此其热导率与空气接近，如软木、
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毛毡和膨胀塑胶等。在有空气存在的情况下，它们一般都极易燃烧．
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1.3.2对流
多数液体和所有的气体都是热的不良导体，但它们可以通过对流来传递热量。这是由于液体或气体内部冷热部分的密度不一样而引起的运动造成的。液体（或气体)的温度升高时，其密度变小。这样，当热的液体(或气体)上升时，它原来的位置就由温度较低、密度较大的液体(或气体)所占据。家用壁炉中热的燃烧物和被加热的空气由于比外界的空气轻，因此就在烟筒中上升，这时随着热气体的上升，冷空气就从壁炉的下方进入。在这种情况下，对流是有益的，但是，它也可能成为火顺着楼梯间或电梯道向上蔓延的原因，为此，在楼梯间或电梯间通道向楼层的开口处应设置防护门来加以保护着。
1.3.3 辐射
通常，炽热的表面均以光和热的形式向外辐射能量。太阳以多种方式向外辐射能量，当它的辐射线射落到物体的表面时也就同时传递了热量。物体表面吸收热量的快慢以及由此而引起物体温度升高的快慢，与物体表面的性质和物体表面的颜色有关。一般地说，深色表面要比白色表面(或浅色表面)更容易吸收热量。正因为如此，人们在冬季常穿深色的服装，以便容易吸收本来就较少的辐射热量：而在夏季，人们则穿白色或浅色的服装，以便把大部分的辐射热量反射出去。 建筑物一旦着火，其向外辐射的热量的多少取决于建筑物的大小和外形；而周围物体吸收辐射热量的多少则与物体受辐射面的形状和辐射角度有关。1000℃高温的大火可使40英尺(12米)远处地面上的木头着火，可使170英尺(51米)远的消防队队员受伤或感到明显的不适。
辐射强度与到辐射源距离的平方成反比。例如，距离每增加1倍，辐射强度就减少到原来的1／4。
许多工业过程都要用到辐射传热的原理。例如，在烘干窑中，利用电灯或煤气作为热源，就可以以辐射的方式将热量传递给已喷好漆的产品表面，而产品的喷漆表面由于吸收了大量的热量，使其本身温度升高，从而达到烘干的目的。
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1.3．4 热效应——固体和液体
各种物质，不管它是处于固态，液态还是处于气态，在其受热时体积都要膨胀，这种情况极少有例外。这就是说，物质的体积可以增大到其外部封闭结构所能允许它达到的程度。 任何固体的正方体在受热时，其在三维方向上的长度均要增加，从而使其体积增大，要求有更大的空间来容纳它。如果正方体六个面上所受的热量相等，则膨胀后它仍是正方体。如果固体的三维不相等(即不是正方体)，则它最长的一维所增加的长度也最大。
例如对一个钢棒进行均匀加热，其环向方向虽然会有一定的增大，但比较来说，还是沿长度方向的增大要大得多，这称为线性膨胀。各种固体的线性膨胀系数可以从资料中查出来，也可以很方便地计算出来。在许多情况下，此系数与固体所处的温度范围有关。
表l—4列出的是部分固体的线性膨胀系数。
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从表1—4我们可以看出：一般地说，金属的线性膨胀系数要大于非金属，这一差别在估计火灾风险时具有非常重要的意义。一座1000英尺(300米)长的钢桥在冬夏季平均温度
之间(即-10—40。
C)，其胀缩的长度通常约为0．55英尺(0．17米)，这样，如果人们在建桥时不用滚轮来加以调节的话，那就可能会使桥梁变形或弯曲。同样，建筑物中的钢结构遇火时也会膨胀，从而造成与之相连的膨胀系数较小的砖石结构变形或崩坍。为此，在建筑物中常将钢结构包在混凝土或砖石结构内，以混凝土或砖石结构作为热的绝缘体， 使传到钢结构上的热量降到最低程度。如果建筑物的钢结构未做这种保护，那么由于钢的线性膨胀系数比较大，就可能造成外墙变形、错位以至完全坍塌。
虽然砖石结构的线性膨胀系数较低，但是如果建筑物一旦着火，也会造成墙体变形或坍塌的情况，这是因为受热的内墙面的膨胀要大于不受热的外墙面。因此，在墙上设置的防火门在设计时不但要稳固可靠，而且要能够阻止火焰通过《虽然防火门的向火一侧的膨胀要太子不向火的另一侧)。
对于液体来说，我们必须考虑它的体积的膨胀。所有的液体，当其温度升高时体积都会增大---体积增大的程度与温度变化的范围有关。因此，人们习惯上常用一定温度下的体积膨胀系数或一定温度范围内的平均体积膨胀系数来表示液体的膨胀特性。某些常见液体的体积膨胀系数如表1-5。
液体受热膨胀的性质在家用和医疗用的温度表中具有实用价值。但对可燃液体来说，它的膨胀却可能引起火灾的危害。这类液体可能由于膨胀而从容器中溢流出来，处于封闭容器中的液体则可能膨胀到使容器爆裂，也许还伴有一定的爆炸力。球控型水喷淋头就是基于这一原理设计制造的，当达到预定温度时，玻璃球中的有色液体把玻璃球胀碎，从而启动水喷淋头喷出水来。
在热的作用下，水常常会显示出其独有的特性。当水的温度升100。
C时，100加仑（1加仑=4.546升）的水约可增加4加仑。水的体积膨胀系数在20。C时是0.2*10-3”，而在100。
C时，则是0.77*10-3。当水从4℃冷却到0℃时，它也膨胀，而且在0℃水结成冰时更会突
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