题目
2.[判断题]与等温线法线垂直的界面为绝热界面。我的答案:对
2.[判断题]与等温线法线垂直的界面为绝热界面。
我的答案:对
题目解答
答案
对
解析
考查要点:本题主要考查对热传导边界条件的理解,特别是绝热界面的物理意义及其与等温线的关系。
解题核心思路:
- 等温线法线方向即温度梯度方向,热量传递方向与温度梯度一致。
- 绝热界面要求热流密度为零,即温度梯度在界面法线方向的分量必须为零。
- 若界面与等温线法线垂直,则界面法线方向与温度梯度方向垂直,此时温度梯度在界面法线方向的分量为零,满足绝热条件。
破题关键点:
- 明确“与等温线法线垂直的界面”实际指界面的法线方向与等温线的法线方向垂直,即界面本身与等温线平行。
- 结合热传导定律,推导温度梯度在界面法线方向的分量是否为零。
步骤解析:
-
温度梯度与等温线的关系:
等温线是温度相同的点的连线,其法线方向即为温度梯度方向($\nabla T$),表示温度变化最快的方向,也是热量传递的最快方向。 -
绝热界面的条件:
在绝热界面处,热流密度 $\mathbf{q} = -k \nabla T$ 在界面法线方向的分量必须为零。即:
$\mathbf{q} \cdot \mathbf{\hat{n}} = 0$
其中 $\mathbf{\hat{n}}$ 为界面法线方向的单位向量。 -
界面与等温线法线垂直的几何意义:
若界面与等温线法线垂直,则界面的法线方向 $\mathbf{\hat{n}}$ 与温度梯度 $\nabla T$ 方向垂直,即:
$\nabla T \cdot \mathbf{\hat{n}} = 0$
此时温度梯度在界面法线方向的分量为零,热流密度也为零,满足绝热条件。
结论:
与等温线法线垂直的界面确实为绝热界面,题目答案正确。