热量

每到夏天，骄阳似火，到户外活动一不小心就被炙烤的火辣辣的疼。夏天之所以这么热，就是因为太阳辐射角度的变化造成单位地面热量的增加，从而使温度升高。

热量的科学定义是，当系统状态的改变来源于热学平衡条件的破坏，也即来源于系统与外界间存在温度差时，我们就称系统与外界间存在热学相互作用。作用的结果有能量从高温物体传递给低温物体，这时所传递的能量称为热量。简单的说就是，由于温度不同，在体系和环境之间传递的能量称为热。

热和功之间是系统状态变化中伴随发生的两种不同的能量传递形式，是不同形式能量传递的量度。热是物质的大量微粒以无序运动的方式而传递的能量。除热量以外的其它各种能量传递的形式称功，它以有序运动的形式表现出来。功包括体积功和非体积功，但在热力学主要考虑体积功，不考虑电功和表面功。

1、热和功都取代数值，习惯上以系统吸热Q 0，系统放热Q 0；系统对环境作功W 0,环境对系统作功W 0。

2、热和功不是体系性质，也不是状态函数，而是系统与环境间能量传递过程中的物理量。热和功与过程有关，只有在过程进行中才有意义，一旦过程结束，就谈不上热和功的存在。这好比雨是下雨过程出现的现象，当雨落到河里后，我们再说 河水中有多少雨 就没有意义了。

3、热和功都只对封闭系统发生的过程才有明确的意义。而对既有能量交换又有物质交换的敞开体系而言，热和功的含义就不明确了。

4、虽然热和功的数值与途径有关，但是它们的代数和与途径无关，即一个过程能量传递的总能量(Q-W)在数值上等于内能的变化值。

5、热和功须通过环境的变化表现出来。

人体每时每刻都在消耗能量，这些能量是由食物中的产热营养素提供的。食物中能产生热量的营养素有蛋白质、脂肪、糖类和碳水化合物。它们经过氧化产生热量供身体维持生命、生长发育和运动。热能供给过多时，多余的热量就会变成脂肪贮存起来，时间久了，身体就胖起来了。

在营养学中用“千卡”做热量的单位。1千卡是1000克水由15℃升高1度所需要的热量。人体的热量消耗的途径主要有三个部分，第一个部分是身体活动，约占总热量消耗的15~30%，第二个部分是基础代谢率，约占了人体总热量消耗的65~70%，第三部分是食物的热效应，占的比例最少约10%，这三者的比例大致已经固定。

进行食物或饮食所含的热量的计算，首先要知道其中热量营养素的重量，然后利用以下公式计算：

热量(kcal)=糖类克数×4+蛋白质克数×4+脂肪克数×9+酒精克数×7

通常每克碳水化合物、脂肪、蛋白质在人体内平均可产生代谢能力分别为4kcal、9kcal、4kcal。同时一般情况下一个人在5-7天内的热能摄入量等于消耗量。中国营养学会2000年提出中国居民膳食能量参考摄入量指出，成年男性轻、中体力劳动者每日需要能量为2400-2700kcal；女性轻、中体力劳动者每日需要能量为2100-2300kcal.婴儿、儿童和青少年、孕妇和乳母、老年人各自的生理特点不同，能量需要也不尽相同。

人体的能量来源是食物中的碳水化合物、脂类和蛋白质。这三类营养素普遍存在于各种食物中。粮谷类和薯类食物碳水化合物较多，是膳食能力最经济的来源；油料作物富含脂肪；动物性食物一般比植物性食物含有更多的脂肪和蛋白质；但大豆和硬果类例外，它们含丰富的油脂和蛋白质；蔬菜和水果一般含量较少。

热力学第零定律：如果两个热力系的每一个都与第三个热力系处于热平衡，则它们彼此也处于热平衡。

热力学第一定律：系统在任一过程中包括能量的传递和转化，其总能量的值保持不变。也即能量守恒。

热力学第二定律：热量在自发的情况下只能从高温物体传向低温物体。热传递的方向和温度梯度的方向相反。这是克劳休斯的表述，也叫熵增加原理，它表明世界将变得越来越没有秩序，越来越混乱。

热力学第三定律：绝对零度不可能达到。

散热和吸热是热传递的过程， 散热是失去热量温度变低，吸热是获得热量，温度变高。散热的方式有辐射散热、传导散热、对流散热、蒸发散热。

对流散热（thermal convection）是指通过气体流动进行热量交换的一 种散热方式。通过对流散失热量的多少，除取决于皮肤与周围环境之间的温度差和机体的 有效散热面积外，受风速的影响较大。风速越大，散热量就越多；相反，风速越小，散热 量也越少。衣服榭盖皮肤表面，加之棉毛纤维间的空气不易流动，这些因素都可使对流难 以实现而有利于保温。

传导散热（thermal conduction）是指机体的热量直接传给与之接触的温度较低物体的一种散热方式。经这种方式发散的热量取决于皮肤温度与接触物体之间的温度差、接触面积，以及与皮肤接触的物体的导热性能等。空气的导热性较小，在空气中 通过直接传导散热量极小。棉、毛织物也是热的不良导体，所以体热因传导而散失的热量 并不多。另外，人体脂肪的导热效能也较小，因而肥胖的人身体深部的热量不易传向表 层，在炎热的天气里就容易出汗。由于水的比热较大，导热性能较好，在临床治疗中常利用水的热传导作用进行局部加温处理或利用冰帽、冰袋等给髙热患者降温。

蒸发（evaporation）是水分从体表汽化时吸收热量而散发体热的一种 方式。在正常体温条件下，蒸发水可使机体散发2.43KJ的热量。因此，体表水分的蒸 发是一种十分有效的散热形式。当环境温度等于或高于皮肤温度时，蒸发将成为唯一有效 的散热形式。患有无汗症的人，在冷环境中的反应与正常人无异，但在热环境中，由于不 能借助于汗液蒸发散热，因而容易发生中暑。蒸发散热有不感蒸发和发汗两种形式。

辐射散热是指人体以热射线的形式将体热传给外 界较冷物质的一种散热方式。人体在21℃的环境中，在裸体情况下，约有60%的热量是通过辐射方式发散的。辐射散热量的多少主要取决于皮肤与周围环境之间的温度差，当皮肤温度髙于环境温度时，温度差越大，散热量就越多。反之，若环境温度高于皮肤温度，则 机体不仅不能散热，反将吸收周围环境中的热量。此外，辐射散热还取决于机体的有效散 热面积，有效散热面积越大，散热里就越多。由于四肢的表面积较大，因而在辐射散热中 起重要作用。