真空环境可以摩擦生热吗(真空环境下能摩擦燃烧吗)

35小吃技术网 推荐阅读 2022年11月10日09时28分25秒 310 0

摩擦会产生热,这与相互摩擦的物体周围有没有空气没有关系。

摩擦热的产生不需要空气或空气中某一类分子的参与,因此你即使是在月球上摩擦两块木头,它一样会产生热能,如果热量足够,它会将木头分解成碳、木焦油、木蜡液等多种化学物质,没有氧气的参与,木头烧不起来。

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(通过摩擦钻木取火的技术,我们的远古祖先就学会了)

摩擦生热的各种应用

除了钻木取火,我们还掌握了许多利用摩擦生热的方法。

在寒冷的今天,我们会通过快速搓动双手来取暖,当两只手的手掌相互摩擦时,掌心的皮肤会产生热能,它会让我们感觉到有一点点暖和;而当我们止不住地打冷战时,是神经系统刺激肌肉纤维相互摩擦以产生热能。

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(寒冷北疆,两名参加演习的战士搓手取暖)

在工业上,摩擦热可用于对金属材料的焊接,称为摩擦焊。摩擦焊就是通过给两个金属工件间施加压力,然后使其相互运动,通过两个工件接触面相互摩擦所产生的热能破坏其表面的氧化层,同时摩擦热会使接触面的金属迅速接近熔点,工件表面原先的金属键和晶界被破坏,从而在工件间形成新的金属键,达到相互连接的目的。

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(摩擦焊就是通过摩擦热将两个金属工件焊接在一起)

摩擦焊接技术具有许多其它焊接所不具备的优势,因此在工业生产中得到了广泛的运用。

摩擦生热的要素

这需要从微观角度去寻找答案。

首先复习一下初中物理课中的摩擦力。我们知道两个物体相互接触,只要有压力就会在物体间产生摩擦力,摩擦力的产生主要取决于相互接触的两个固体之间的粗糙程度以及固体表面分子或原子之间的相互作用力,这就是我们通常说的滑动摩擦力。

在高一物理(必修二)机械能的章节中,讨论机械能时特别提到了摩擦热的产生必须是滑动摩擦力,静摩擦并不能产生摩擦热。

高中同学应该还记得摩擦生热的公式:Q=f△x,

和滑动摩擦力公式:f=μN

其中Q代表热能,f指摩擦力,△x指的是两个物体之间的相对路程,μ指摩擦系数,N是垂直于摩擦面的压力。

由此我们可以看出,空气的因素并没有被考虑在内。

摩擦力怎么来的?

两个相互接触的物体在保持接触的同时发生接触面切线方向的相对运动,阻碍其运动的作用力被称为滑动摩擦力。为什么会有摩擦力呢?

因为物体是不平的,它们的表面会有坑坑洼洼,凹凸不平的面之间会发生咬合,咬合会产生阻止运动的力。

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(物体表面不平整会导致摩擦力)

那么,两个绝对光滑的表面相互摩擦,是不是就不存在摩擦力了呢?

世界上并不存在绝对光滑的表面。如果从微观角度观察物体就会发现,所有宏观物体都是由分子、原子等微观粒子构成的,而原子组成的平面本身就是凹凸不平的。

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(两个非常光滑物体表面,从微观角度也是不平整的,因此会产生摩擦力)

摩擦就是原子间的撞击

当两个物体相互接触并互相摩擦时,接触面的原子之间会发生撞击,这种撞击的动能会向内传导,导致更深层的原子也会产生振动。互相摩擦的物体表面咬合力越大、咬合的面积越大、相互运动速度越快,受到振动的原子数量就越多、原子振动的频率就越高。

我们知道物体产生热能的本质是微观粒子的振动,因此摩擦使接触面之间原子频繁并且方向随机地撞击,从而造成物体表面及更深层原子的加剧振动,是物体产生热能的根本原因。

物体间的压力越大,接触面越粗糙,其摩擦力就越大;物体间运动速度越快越持久,原子振动产生的热量就越多,物体温度就越高。

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(你不妨试一下,搓手越用力,速度越快越久,就越觉得发烫)

这其中,空气的作用不大,它既不会加剧摩擦,也不会减少摩擦。因此,即使是在真空,摩擦依然会产生热能。