熱能（Thermal 能量）指構(gòu)成物質(zhì)的分子或原子是以無規(guī)則的形式不斷運(yùn)動的，由不相互碰撞的分子或原子的無序運(yùn)動產(chǎn)生的能量稱為物質(zhì)的熱能。溫度越高，原子和分子的運(yùn)動就越劇烈，物質(zhì)具有的熱能就越大。
熱能既可以直接獲得，也可以通過能量轉(zhuǎn)換獲得。熱能的傳遞方式有三種，輻射、傳導(dǎo)和對流。輻射是通過光子傳遞熱能，傳導(dǎo)是從高溫物質(zhì)通過接觸分子部位運(yùn)動的增原理向外傳遞，對流是通過物質(zhì)質(zhì)量的轉(zhuǎn)移同時把熱能轉(zhuǎn)移。
熱能表現(xiàn)為溫度變化、物質(zhì)狀態(tài)變化和化學(xué)特性變化。它是一種能量形式，不會產(chǎn)生或消滅，只能在物質(zhì)間轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化。熱能的特點(diǎn)是溫度梯度和熱流。它存在于機(jī)械和人體中，可通過賽貝克效應(yīng)的熱發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為電能。溫度梯度是熱源和室溫之間的差異。
在人類可利用的資源類型中，熱能占主要部分，有80%～90%的能量是先轉(zhuǎn)化為熱能的形式再加以利用。人類最主要的常規(guī)熱能來源是燃料熱能，指傳統(tǒng)化石燃料，如煤炭、石油、天然氣等燃燒產(chǎn)生的熱能。其他的熱能來源還包括太陽能、核能、地?zé)帷⒑Ｋ疅崮艿?。熱能的主要?yīng)用領(lǐng)域就在電力行業(yè)、航空航天以及建筑供暖等。
定義
微觀熱能
從微觀角度來看，熱能是物體內(nèi)部所有分子作無規(guī)則的熱運(yùn)動的動能與分子內(nèi)部原子振動的動能之和，即熱能=分子平動和轉(zhuǎn)動的動能+原子振動的動能。熱能和內(nèi)能并不等同，只有對不計分子間的相互作用力和分子勢能的理想氣體，熱能和內(nèi)能才等同。
在溫度為的理想氣體下熱能的變化：
式中為氣體的質(zhì)量，為摩爾質(zhì)量，則為摩爾，為分子的能量自由度數(shù)，為定容摩爾熱容量。
宏觀熱能
從宏觀角度來說，熱能的體現(xiàn)就是物體溫度的高低，熱能反映了組成物質(zhì)的原子或者分子微觀運(yùn)動的劇烈程度，運(yùn)動的劇烈程度越強(qiáng)，物體所蘊(yùn)含的熱能就越多，其溫度就越高。
從宏觀分析，熱能和機(jī)械能在傳遞和轉(zhuǎn)換時，能量的總量必定守恒。這就是熱力學(xué)第一定律的簡單表述，即，其中表示內(nèi)能的變化量，表示外界對系統(tǒng)所做的功，表示系統(tǒng)從外界吸收的熱量，它建立了熱力過程中的能量平衡關(guān)系。
研究歷史
古希臘時代一直以來都有熱質(zhì)說和熱動說兩種觀念，其中熱質(zhì)說的代表性人物是布萊克、伽桑狄，認(rèn)為熱是一種沒有重量的特殊流體物質(zhì)，數(shù)量是守恒的，熱質(zhì)粒子之間相互排斥，但卻受到普通物質(zhì)粒子的吸引，而且不同的普通物質(zhì)對熱流體的吸引力不同；另外一種是以培根、笛卡兒為代表的熱動說，認(rèn)為熱是組成物質(zhì)的微觀粒子運(yùn)動的表現(xiàn)，它可由物體的機(jī)械運(yùn)動轉(zhuǎn)化而來。
起源
整個十八世紀(jì)，熱質(zhì)說和熱動說這兩種觀念都存在。1798年，本杰明·湯普森（Benjamin Thompson）在倫敦皇家自然知識促進(jìn)學(xué)會上發(fā)表了《關(guān)于用摩擦產(chǎn)熱的來源的調(diào)研》一文。1799年，漢弗里·戴維（Humphry Davy）做了著名的摩擦兩塊冰，可以融化為水的實(shí)驗(yàn)。這個實(shí)驗(yàn)質(zhì)疑了熱作為一種物質(zhì)的存在。但是當(dāng)時這兩個實(shí)驗(yàn)并沒有受到重視。
直到十九世紀(jì)，1822年，法國數(shù)學(xué)家傅立葉（Jean Baptiste Joseph Fourier）出版了專著《》用數(shù)學(xué)理論，從現(xiàn)象出發(fā)建立關(guān)于熱的普遍理論，集中解決了熱在非均勻加熱的固體中的分布傳播的問題。1824年薩迪·卡諾發(fā)表了《談?wù)劵鸬膭恿湍馨l(fā)動這種動力的機(jī)器》這本書，卡諾在這部著作中提出了“卡諾熱機(jī)”和“卡諾循環(huán)”的概念及“卡諾定理”?？ㄖZ定理涉及熱能和功的相互轉(zhuǎn)換問題，也涉及熱功當(dāng)量、熱力學(xué)第一定律及能量守恒與轉(zhuǎn)化的問題，還包含了熱力學(xué)第二定律的若干內(nèi)容。這兩部著作都不同程度上以熱質(zhì)說的觀點(diǎn)為基礎(chǔ)。
熱力學(xué)第二定律建立以后，人們對熱運(yùn)動的本質(zhì)進(jìn)行了研究，并在此基礎(chǔ)上提出了分子運(yùn)動理論，這為微觀層面上的熱能研究奠定了基礎(chǔ)。
發(fā)展
1847年，詹姆斯·普雷斯科特·焦耳（James Prescott Joule）在一次演講中描述了與熱能和熱量相關(guān)的術(shù)語，他將熱的形式定義為顯熱（sensible heat）和潛熱（latent heat），它們分別影響粒子的動能和勢能，最終得出了熱和功可以按固定比例進(jìn)行互換的這個結(jié)論，同年赫爾曼·馮·亥姆霍茲（Hermann von Helmholtz）也基于永久運(yùn)動不可能這樣的抽象思維得出了相同結(jié)論。
1848年6月，開爾文發(fā)表了著名論文《在卡諾熱動力學(xué)理論基礎(chǔ)上和從雷諾的觀察進(jìn)行計算的絕對溫標(biāo)》一文，正式提出了絕對溫標(biāo)。這種溫標(biāo)主要用來作為物理判據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，它也可以作為實(shí)際溫度計的標(biāo)準(zhǔn)。1905到1908年間，阿爾伯特·愛因斯坦和讓·佩蘭的研究工作之后，整個科學(xué)界才接受存在原子和分子的觀念。阿爾伯特·愛因斯坦對布朗運(yùn)動的解釋進(jìn)一步證實(shí)了分子運(yùn)動理論，并用微觀領(lǐng)域的觀點(diǎn)解釋了宏觀現(xiàn)象，讓熱能的微觀和宏觀角度互通。1954年，國際計量大會規(guī)定水的三相點(diǎn)的溫度為273.16K，這樣定出的熱力學(xué)溫度的單位K（開爾文），這個溫度就是水的三相點(diǎn)的熱力學(xué)溫度。
相關(guān)概念
內(nèi)能
物體內(nèi)所有分子做無規(guī)則運(yùn)動的分子動能和分子勢能的總和叫做物體的內(nèi)能。任何一個物體都是處于一定的狀態(tài)中，以氣體為例，氣體狀態(tài)主要用壓強(qiáng)、體積和溫度這三個狀態(tài)參量表示當(dāng)蒸汽機(jī)氣缸中被壓縮的水蒸汽的壓強(qiáng)大于外部壓強(qiáng)時可以推動活塞對外做功。在做功的過程中其狀態(tài)發(fā)生變化，這說明處于一定狀態(tài)的水蒸汽具有做功的本領(lǐng)，即具有能量，這顯然不是機(jī)械能而是另一種形式的能，是由物體內(nèi)部的狀態(tài)決定的能，我們稱其為內(nèi)能。
物體內(nèi)能的大小與物體的種類、質(zhì)量、溫度、狀態(tài)等多種因素有關(guān)， 內(nèi)能大的物體溫度不一定高， 內(nèi)能小的物體溫度不一定低若內(nèi)能大的物體的溫度低于內(nèi)能小的物體，這兩個物體相接觸時， 熱量只能從內(nèi)能小的物體自動傳給內(nèi)能大的物體。從分子運(yùn)動論觀點(diǎn)看，熱能的本質(zhì)是物體內(nèi)部所有分子動能之和，而內(nèi)能除包括物體內(nèi)部所有分子的動能之外，還包括分子間勢能的總和，以及組成分子的原子內(nèi)部的能量、原子核內(nèi)部的能量、物體內(nèi)部空間的電磁輻射能等。
溫度
溫度是表示物體冷熱情況的一種標(biāo)志。物體受熱，溫度上升；物體受冷，溫度下降。反之，物體溫度升高，表示它吸熱；溫度降低，表示它放熱。因此，根據(jù)溫度可以判斷熱量傳遞的方向，而熱量總是從高溫處傳向低溫處。
溫度是表示物體冷熱程度的物理量，從微觀上來講溫度是反映了物體分子熱運(yùn)動的劇烈程度，是物體分子平均動能的標(biāo)志溫度是大量分子熱運(yùn)動的集中體現(xiàn)。溫度是物體分子平均動能大小的標(biāo)志，兩個相接觸的物體傳熱的過程是高溫物體大量動能大的分子與低溫物體大量動能小的分子相碰撞，發(fā)生能量交換，前者動能減小后者動能增加直至動能趨于一致達(dá)到動能平衡，這時兩個物體的溫度相同。
溫標(biāo)
用來度量溫度高低而規(guī)定的標(biāo)尺稱為溫度標(biāo)尺，簡稱溫標(biāo)。為了定量地確定溫度，對物體或系統(tǒng)溫度給以具體的數(shù)量標(biāo)志，各種各樣溫度計的數(shù)值都是由溫標(biāo)決定的。為量度物體或系統(tǒng)溫度的高低對溫度的零點(diǎn)和分度法所做的一種規(guī)定，是溫度的單位制。
最早建立的溫標(biāo)是華氏溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)，這些溫標(biāo)統(tǒng)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。它們的缺陷是溫度讀數(shù)與測溫物質(zhì)及測溫屬性有關(guān)，經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)現(xiàn)已廢棄不用。為了統(tǒng)一溫度的測量，溫度的計量工作中采用理想氣體溫標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn)溫標(biāo)。規(guī)定溫度與測溫屬性成正比關(guān)系，選水的三相點(diǎn)為固定點(diǎn)。國際單位制中采用的溫標(biāo)，是熱力學(xué)溫標(biāo)。它的單位是開爾文，中文代號是開，國際代號是K。
化學(xué)能
化學(xué)能是在化學(xué)反應(yīng)中能發(fā)生改變的那部分物質(zhì)的內(nèi)能，化石燃料燃燒、炸藥爆炸、食物在動物體內(nèi)發(fā)生化學(xué)變化，這些在化學(xué)變化中釋放出的能，表現(xiàn)形式上可以是熱能、光能、電能等，都源于物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化時內(nèi)能的改變。綠色植物的光合作用，太陽光的光能通過光合反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為糖類的內(nèi)能，這部分內(nèi)能在碳水化合物發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳時，可以釋放出來，都是化學(xué)能的范疇。
比熱容
比熱容是熱力學(xué)中常用的一個物理量，是單位質(zhì)量的物質(zhì)溫度升高（或降低）1K（或1°C）時所吸收（或放出）的熱量。測量物質(zhì)比熱容的方法有混合法、冷卻法、物態(tài)變化法、電流量熱法。根據(jù)物量計量單位的不同，比熱容分為質(zhì)量比熱容C、單位為，摩爾比熱容、單位為，體積比熱容、單位為。其中最常用的是質(zhì)量比熱容，摩爾比熱容次之。
比熱容與升溫過程的條件有關(guān)，分別有定壓條件和定容條件下測量的熱容，其數(shù)值不同，對氣體尤為顯著，但對固體材料則幾乎無差異，所以通常只測比定壓熱容（）。
開爾文
開爾文是熱力學(xué)溫標(biāo)或稱絕對溫標(biāo)，是國際單位制中的溫度單位。開爾文溫度常用符號K表示，其單位為開。
英國物理學(xué)家開爾文指出，溫度每降低一度，隨之降低的是物質(zhì)分子的平均內(nèi)能，即在-273.16℃時，物體的內(nèi)能為零，分子運(yùn)動完全停止，開爾文把-273.16℃定義為絕對零度。
相關(guān)定律
熱力學(xué)定律
熱力學(xué)第零定律
兩個系統(tǒng)分別與處于確定狀態(tài)的第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，這兩系統(tǒng)之間也將處于熱平衡。該定律也被稱為熱平衡定律。
該定律由福勒（Fowler）在1939年提出。熱力學(xué)第零定律告訴我們，互為熱平衡的熱力學(xué)系統(tǒng)具有一個數(shù)值相等的狀態(tài)函數(shù)，該狀態(tài)函數(shù)被定義為溫度。熱力學(xué)第零定律提供了判斷兩系統(tǒng)接觸是否達(dá)到熱平衡的依據(jù)，以一個確定溫度的系統(tǒng)為標(biāo)準(zhǔn)，與之接觸后狀態(tài)不變的系統(tǒng)溫度相同，狀態(tài)變化的系統(tǒng)溫度不同，于是可以判斷相互接觸的兩系統(tǒng)溫度是否相同，但無法判斷二者溫度誰高誰低，想要準(zhǔn)確測量溫度，還需借助溫度計。
熱力學(xué)第一定律
當(dāng)熱能在與其他形式能量相互轉(zhuǎn)換時，能的總量保持不變。該定律也被稱為能量守恒定律。
熱力學(xué)第一定律是能量轉(zhuǎn)換和守恒定律在熱力學(xué)中的應(yīng)用，它用來確定熱力過程中各種能量在量上的相互關(guān)系。熱力學(xué)第一定律指出熱能作為能量，可以與其他形式的能量相互轉(zhuǎn)換，但在轉(zhuǎn)換過程中能量總量保持不變。
熱力學(xué)第一定律的能量方程式是熱力學(xué)中最基本的方程式之一，對于任何熱力系統(tǒng)，能量平衡關(guān)系可表述為：輸入系統(tǒng)的能量 - 系統(tǒng)輸出的能量 = 系統(tǒng)儲存能量的變化
封閉系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式為：
（表示外界輸入系統(tǒng)的凈熱量；表示系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化；表示系統(tǒng)輸出的總功）
在通常情況下，封閉系統(tǒng)宏觀運(yùn)動的動能和勢能的變化可忽略不計，系統(tǒng)儲存能量的變化只有熱力學(xué)能的變化。
穩(wěn)定流動系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律的表達(dá)式為：
（表示輸入系統(tǒng)的凈熱量；表示流體帶出的值與帶人的焓值之差；表示技術(shù)功，可理解為技術(shù)上可利用的功）
穩(wěn)定流動是指流道中任何位置上流體的流速及其他狀態(tài)參數(shù)（包括溫度、壓力、比體積等）都不隨時間發(fā)生變化的流動。在工程應(yīng)用中，大部分能量轉(zhuǎn)換裝置中的工質(zhì)常處于穩(wěn)定流動的狀態(tài)。
熱力學(xué)第二定律
熱力學(xué)第二定律指出自然界進(jìn)行的能量轉(zhuǎn)換過程是有方向性的，過程總是自發(fā)地朝著一定的方向進(jìn)行，如水總是自發(fā)地從高處向低處流動。由于熱力學(xué)過程普遍存在于各類工程實(shí)踐中，因此，熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用范圍極其廣泛，其表述方式也形式多樣。但所有的表述方式所表達(dá)的實(shí)質(zhì)是共同的、一致的，因而不同的表述方式都是等效的。下面列舉兩種熱力學(xué)第二定律常見的表述。
克勞修斯表述：熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體。
表述：不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響。
人們常把能通過從單一熱源取熱，使之完全變成功而不引起其他變化的機(jī)器叫做第二類永動機(jī)。熱力學(xué)第二定律也可表述為第二類永動機(jī)是不可能制成的。
熱力學(xué)第三定律
不可能通過有限的熱力學(xué)循環(huán)，使物體溫度冷到絕對零度，即絕對零度不可能達(dá)到。
這個定律根據(jù)1912年瓦爾特·能斯特提出的“絕對溫度不可能達(dá)到”這一推論得出。從分子動力學(xué)角度分析，溫度代表著微觀粒子熱運(yùn)動的平均動能，絕對零度不能達(dá)到也就意味著系統(tǒng)中的微觀粒子始終處于熱運(yùn)動之中。在歷史上，熱力學(xué)第三定律是從大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)中總結(jié)出來的，作為經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，它與熱力學(xué)第一、第二定律共同構(gòu)筑了熱力學(xué)整個邏輯基礎(chǔ)的公理化原理體系。從統(tǒng)計學(xué)的觀點(diǎn)來看，熱力學(xué)第三定律是物質(zhì)微觀運(yùn)動的量子力學(xué)本性。
隨著人們在低溫領(lǐng)域的實(shí)踐探索，熱力學(xué)第三定律背后蘊(yùn)藏的含義被不斷發(fā)現(xiàn)。它讓人們開始了解低溫世界，而且還把低溫和低熵聯(lián)系到一起，使人們能夠觀測到超導(dǎo)體和超流體現(xiàn)象。
能量均分定理
在熱平衡狀態(tài)下，物質(zhì)（氣體，液體和固體）分子的每一個自由度都具有相同的平均動能，在溫度T下其數(shù)值為（k是路德維希·玻爾茲曼常數(shù)，T是開爾文）。自由度是指完全確定一個物體的空間位置所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目。
能量均分定理是指在相對系統(tǒng)靜止的參考系中，分子的平均元規(guī)則動能是按自由度平均分配。能量均分定理是經(jīng)典力學(xué)中的一條重要的統(tǒng)計規(guī)律，適用于大量分子組成的系統(tǒng)，包括氣體和較高溫度下的液體和固體，適用于分子的平動、轉(zhuǎn)動和振動，經(jīng)典統(tǒng)計物理給出定理的嚴(yán)格證明。
熱能的來源
熱能既可以直接獲得，也可以通過能量轉(zhuǎn)換獲得，前者是將太陽和地?zé)岬人峁┑臒崮芗右允占笾苯邮褂?，后者則是將蘊(yùn)藏于燃料中的核能或化學(xué)能經(jīng)適當(dāng)轉(zhuǎn)換而獲得。其他形式的能量（如化學(xué)能、核能等）都可以很容易地轉(zhuǎn)換為熱能而得到利用，但其必須遵循相關(guān)的能量轉(zhuǎn)換原理。
太陽能
太陽內(nèi)部持續(xù)不斷地進(jìn)行著由氫聚變成氨的核聚變反應(yīng)，同時其不斷地以光線的形式向廣闊太空輻射出巨大的能量，即太陽能。在該反應(yīng)過程中，太陽內(nèi)部產(chǎn)生數(shù)百萬攝氏度的高溫，表面溫度達(dá)5762K，這正是太陽向空間輻射出巨大能量的源泉，地球所接收到的太陽能相當(dāng)于全球所需能量的3萬~4萬倍，其總量是現(xiàn)今世界上可以開發(fā)利用的最大能源量。對人類來說，太陽能是一種無限的能源，太陽能的研究和應(yīng)用是今后人類能源的發(fā)展方向。
化學(xué)能
化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能是人類利用熱能最為古老的方式，也是迄今為止仍為主導(dǎo)的用能方式。化學(xué)能通常存儲于燃料中，通過燃料的燃燒來實(shí)現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能。燃料按形式可分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料。天然固體燃料包括煤炭和生物質(zhì)等，煤炭是世界上儲量最多的天然燃料。天然固體燃料可通過加工變?yōu)槿斯す腆w燃料，如冶金焦、型煤和木炭等。天然液體燃料即石油。原油通過加工變?yōu)槿斯ひ后w燃料，如汽油、煤油、柴油和重油等。汽油和柴油通常用于發(fā)動機(jī)，重油用于燃煤鍋爐點(diǎn)火或低負(fù)荷穩(wěn)燃。天然的氣體燃料包括天然氣 （）、煤層氣、頁巖氣 （shell gas）等，人工氣體燃料來源于煤和石油的加工，包括：荒煤氣、高爐煤氣、水煤氣和液化石油氣等。氣體燃料主要用于民用、燃?xì)忮仩t、窯爐、燃?xì)廨啓C(jī)以及燃煤鍋爐等。
核能
核能獲得的途徑主要有兩種，即核裂變與核聚變。核裂變的使用已經(jīng)達(dá)到工業(yè)應(yīng)用規(guī)模；而核聚變即受控?zé)岷朔磻?yīng)，需要在1億攝氏度的高溫下才能進(jìn)行，由于所需條件十分苛刻，所以迄今尚未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和大規(guī)模應(yīng)用的水平。核能具有環(huán)境影響小、能量密度高、經(jīng)濟(jì)性良好、安全性能高等特點(diǎn)，日漸成為人類使用的重要能源之一，逐漸成為工業(yè)能源的重要組成部分。
地?zé)崮?/h3>
地?zé)崾莵碜?a href="/hebeideji/7196471799734190132.html">地球內(nèi)部的高溫?zé)崮埽厍騽傂纬傻臅r候，溫度非常高，隨著時間的推移，地表逐漸冷卻，但它內(nèi)部仍然保留著大量的熱能。與此同時，地球內(nèi)部存在著很多放射性同位素，它們無時無刻不在產(chǎn)生熱量，不斷地加熱著地球。地球是內(nèi)部可以分為三層：地殼、地幔和地核。從地表往下到地殼、地幔再到地核，溫度逐漸升高，在地核處甚至能達(dá)到6000°C以上，地球內(nèi)部存在著各式各樣的熱，有自轉(zhuǎn)熱、重力熱、化學(xué)熱和放射熱等。這些熱源源不斷地從地球內(nèi)部一層層、一圈圈向外傳遞到地殼中，成為廣泛存在于地球各處的地?zé)豳Y源。與其他能源相比，地?zé)岵皇艿赜颉⒓竟?jié)、晝夜等因素限制，能夠?yàn)槿祟愄峁┓€(wěn)定的能源供給。地?zé)崮?/a>被認(rèn)為是一種可再生的清潔能源。
生物能
生物能從生物獲得的能量。生物能是一種間接的太陽能，地球上大量的綠色植物通過光合作用，將太陽光能轉(zhuǎn)化為生物能存貯于有機(jī)化合物中。每年地球上的綠色植物經(jīng)光合作用生成的生物能量約為全球耗能的3-8倍。通過直接燃燒的方式可以將植物的生物能轉(zhuǎn)化為熱能。
傳遞方式
傳熱是指由于溫度差引起的熱能傳遞現(xiàn)象。熱傳遞中用熱量量度物體內(nèi)能的改變。熱傳遞主要存在三種基本形式：熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對流。
熱傳導(dǎo)
熱量從物體溫度較高的一部分沿著物體傳到溫度較低的部分的方式叫做熱傳導(dǎo)。它是通過物質(zhì)內(nèi)部的分子間相互碰撞和振動傳遞熱能的過程。當(dāng)物體的一部分受熱時，分子會獲得能量，并傳遞給周圍的分子。這個過程在固體中最為顯著，因?yàn)楣腆w的分子相對穩(wěn)定地排列在一起，便于熱能的傳遞。熱傳導(dǎo)的速度取決于物質(zhì)的導(dǎo)熱性能和溫度差異。
熱傳導(dǎo)的條件是相鄰物體之間，或同一物體的不同區(qū)域具有溫度差，形成溫度梯度。其微觀機(jī)制是固體巖石通過內(nèi)部晶格質(zhì)點(diǎn)的熱振動來進(jìn)行熱傳導(dǎo)，對于不流動的流體則通過分子的熱振動來層層傳遞熱量，在金屬物體中主要是由自由電子的熱振動而引起熱傳導(dǎo)。這些傳導(dǎo)在高溫下還有明顯的電磁輻射形式的傳熱，這些熱傳遞過程都沒有物質(zhì)轉(zhuǎn)移。
熱對流
熱對流是指通過流體（氣體或液體）的對流運(yùn)動將熱能傳遞的過程。當(dāng)流體受熱并膨脹時，其密度減小，從而形成一個升溫的熱量區(qū)域，該區(qū)域會上升并向上邊界移動。同時，冷卻的流體下沉并形成冷區(qū)。通過這種對流運(yùn)動，熱能得以從熱區(qū)傳遞到冷區(qū)。對流傳熱的速度取決于流體的性質(zhì)、密度差異和運(yùn)動的強(qiáng)度。熱對流現(xiàn)象在自然界廣泛存在，例如地下熱液的活動，巖漿的活動，海洋熱流的活動，地幔巖漿的運(yùn)動等。
熱輻射
物質(zhì)中的分子、原子和電子的振動、轉(zhuǎn)動等運(yùn)動狀態(tài)的改變，會輻射出頻率較高的電磁波，這類電磁波覆蓋了較寬的頻譜范圍，包括可見光與部分遠(yuǎn)紅外線區(qū)域，這部分輻射線稱為熱射線。熱射線的傳遞過程稱為熱輻射。當(dāng)熱射線照射到物體表面時，一部分被吸收，一部分被反射，還有一部分穿過該物體。
熱輻射是指通過電磁輻射傳遞熱能的過程，熱能以電磁波的形式從熱源輻射出去，并在空間中以光的速度傳播。這種傳熱方式不需要介質(zhì)的存在，可以在真空中傳遞熱能。輻射傳熱的速度取決于熱源的溫度和物體的輻射特性。
熱能的轉(zhuǎn)換
熱能是人類使用最廣泛的能源形式，幾乎所有的能源都要轉(zhuǎn)換成熱能才能為人類所用，或者再轉(zhuǎn)換成其他形式的能量予以利用。在實(shí)際的能源利用過程中，大量的能源首先轉(zhuǎn)換成熱能，熱能再通過熱機(jī)、熱電、熱反應(yīng)器、黑體輻射等方式轉(zhuǎn)換為機(jī)械能、電能、化學(xué)能和光能再加以利用，如下圖所示。
熱電轉(zhuǎn)換
熱電轉(zhuǎn)換是利用材料的熱電效應(yīng)或熱電耦合效應(yīng)，在溫度差的作用下，將熱能轉(zhuǎn)換為電能。全球約有80%的電站利用熱能發(fā)電。以熱電材料為核心的熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)可不依靠任何外力將“熱”與“電”兩種不同形態(tài)的能量直接轉(zhuǎn)換，備受科學(xué)界和工業(yè)界的關(guān)注。不同于通常的介質(zhì)轉(zhuǎn)換的方式，理論上熱電材料的熱能利用效率可無限接近卡諾循環(huán)，但是實(shí)際的材料仍然低于10%，這也是限制大規(guī)模應(yīng)用的主要原因。
熱能機(jī)械能轉(zhuǎn)換
熱能機(jī)械能轉(zhuǎn)換的基本原理是通過燃燒或燃料氧化反應(yīng)釋放出的熱能驅(qū)動工作物質(zhì)（如氣體或液體）進(jìn)行膨脹，從而產(chǎn)生機(jī)械力，并通過傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)將機(jī)械力轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或線性運(yùn)動，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)械能的輸出。機(jī)械能是一種高品位的能量形式，因?yàn)樗苋坎挥嫇p耗地轉(zhuǎn)換為熱能。熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能一般要借助熱機(jī)，能將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的熱機(jī)。最為直接的就是內(nèi)燃機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)，將燃料通過燃燒設(shè)備轉(zhuǎn)換為燃燒產(chǎn)物的顯熱，再通過換熱轉(zhuǎn)化為蒸汽中的熱量，再由蒸汽去推動蒸汽或汽輪機(jī)得到機(jī)械能。
化學(xué)能熱能轉(zhuǎn)換
化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能的原理基于化學(xué)反應(yīng)過程中能量的釋放。在化學(xué)反應(yīng)中，原子或分子之間的化學(xué)鍵被斷裂或重新排列，形成新的物質(zhì)。如果一個化學(xué)反應(yīng)釋放的能量大于其吸收的能量，這個過程就是放熱反應(yīng)。在放熱反應(yīng)中，多余的能量以熱的形式釋放，從而將儲存在化學(xué)鍵中的能量轉(zhuǎn)化為熱能。這種能量轉(zhuǎn)換在自然界和人類活動中非常普遍，如燃燒燃料、生物體內(nèi)的新陳代謝過程等。
應(yīng)用
電力行業(yè)
熱能在電力行業(yè)最大的用途就是發(fā)電，可以利用燃料、核能或太陽能等能源產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，進(jìn)而驅(qū)動渦輪發(fā)電機(jī)發(fā)電的技術(shù)。主要的熱能發(fā)電技術(shù)包括燃煤發(fā)電、燃?xì)獍l(fā)電、核能發(fā)電、太陽能發(fā)電等。通過固體、液體、氣體等燃料的燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再用動力機(jī)械轉(zhuǎn)換為機(jī)械能驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電的工廠稱為火力發(fā)電廠，簡稱火電廠。其中完成上述能量轉(zhuǎn)換過程的設(shè)備組合稱為火力發(fā)電機(jī)組。
航空航天
熱能在航空航天領(lǐng)域的用途就是為火箭升天提供動力，火箭發(fā)動機(jī)最大的零件就是噴管，火箭的噴管的主要作用是將火箭推進(jìn)劑燃料產(chǎn)生的高溫、高壓氣體的熱能轉(zhuǎn)化為動能，從而讓火箭獲得巨大的推力。而火箭發(fā)動機(jī)正是應(yīng)用了熱能動力系統(tǒng)，將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從高溫?zé)嵩刺帿@得熱量，在高溫高壓的情況下產(chǎn)生膨脹，并將循環(huán)的廢熱進(jìn)行排除，熱能系統(tǒng)的高溫?zé)嵩粗饕獊碜杂诘V物燃料，產(chǎn)生熱能
建筑供暖
熱能如地?zé)崮?/a>可以直接用于供暖，比如中國的北方地區(qū)通過地?zé)崮艿闹苯娱_采用于居民生活供暖供熱，也有直接利用出露地表或在地下作深循環(huán)的對流型地?zé)豳Y源，即為日常所見的溫泉。淺層和中深層地?zé)峁┡?guī)模均將實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步快速增長。地?zé)崆鍧嵐┡瘜μ紲p排和空氣污染防治效果十分突出，且地?zé)峁┡跓o補(bǔ)貼的條件下已具備較煤炭、燃?xì)狻㈦姽┡膬r格優(yōu)勢。
參考資料 >
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層層深入,講清“內(nèi)能”概念.中國知網(wǎng).2023-06-30
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漫談理論熱學(xué).中國知網(wǎng).2023-07-08
國內(nèi)首個直徑2.5米級重型氫氧發(fā)動機(jī)噴管在火箭院誕生.國家航天局.2023-12-22