物理科學——比值定義拓展:面密度、流量和太陽輻射強度

2020-12-05 舞文娛吉

我們用質量與體積的比值定會為密度,大小等於單位體積物質的質量。在生活中、工程學中還有很多也採用比值法定義的各種物理量,用類比學習的方法,可以很快各種比值定義的物理意義。

1、面密度

面密度:對於指定厚度的材料,質量與面積的比值定義為面密度,大小等於單位面積的質量。比如列印紙,由於印表機正常工作所需的列印紙的厚度是固定的,而且人們在使用紙張的時候,主要考慮的是它的面積,那麼在描述列印紙的密度特性時,就可以忽略紙張的厚度,用單位面積紙張的質量代替單位體積的質量。

比如,某列印紙包裝如下圖所示:

其中的「克重:70g」,準確的表示應該是70g/m2,指的是這種列印紙每1 m2的質量為70g。那麼這種面密度與我們所學的體密度有何關係?假設紙的厚度為h, 1 m2這種紙的體積為V=底面積×高=1 m2·h,那麼這種紙密度的求法為:

假設還有一種60 g/m2的紙,兩種紙的厚度均為h,

由於厚度相同,面密度的大小關係與體密度的大小關係完全一致,單位面積的質量越大,其單位體積的質量必定越大。對於列印紙來講,面密度越大,紙張越挺刮。要根據面密度測算體密度,需要測量一張紙的厚度,童鞋們可以利用測多算少法完成測量:

2、流量

這裡的流量與wifi沒有關係,而與管道流體有關。

流量,是指單位時間內流經管道截面的流體體積或質量。當量以體積表示時稱為體積流量;當流體量以質量表示時稱為質量流量:不管哪一種流量,都表示的是管道出水或設備制水快慢的物理量。

比如,家用廚房水龍頭的流量約為1.26m3/h,如果10小時內無人關閉水龍頭,可求出浪費掉的水的體積、質量。

流量的另一種應用就是直飲機的制水量,以下為學校直飲機相關參數:

其中,開水33L/時,溫水132L/時的含義就不難理解了。

3、太陽能輻射強度

太陽能輻射強度,是指在單位時間內垂直投射到單位面積上的太陽能量,定義式可如下表示:

比如,南通的7月平均太陽能輻射強度約為P=1.4×106J/(m2·h),表示在垂直於陽光的表面上,每m2的面積、每1h輻射的太陽能為1.4×106J,J為能量的單位,讀作焦耳,簡稱焦。如圖所所示:

若圖中金色區域的面積為1m2,整個表面的面積S=8m2,則在t=4h的時間內,太陽向整個表面輻射的能量E=P·S·t=1.4×106J/(m2·h)×8m2×4h=4.48×107J.但由於光在物體表面會發生反射,另外物體溫度升高後還會向外散熱,所以物體實際獲得的能量要小於這個值。

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