热量传递有三种方式——辐射、传导和对流。在自然界中,这三种方式常常混在一起,这样就造成一些误解,所以下面我们把它们分开来讲讲。
辐射是说光子或者其他粒子打到被辐射的物体上,引起物体温度的升高。典型的例子就是炎炎夏日,如果站在烈日下,会被晒的很惨,这里面的晒就是来自太阳的阳光辐射的效果。阳光不仅会晒伤皮肤,还会把柏油路面晒化,把井盖晒得可以煎鸡蛋。但是我们常说的气温以及感受到的闷热的空气,却不是太阳辐射导致的。不信的话,你可以站到树荫下,或者打一把100%遮光的大伞,看看是不是还能感受到气温的热度?
这种气温的升高主要就是传导和对流的效果了,和辐射这种可以跨越亿万光年的方式不同,传导和对流这两种加热方式受到空间的限制,主要对热源附近的区域内比较有效,而且需要介质的帮助。比如靠近地表的空气更容易被加热,海拔每升高100米,气温平均会下降0.6度,这样一来夏天去山上或者高原避暑就成为了很多人的选择;而到了民航客机飞行的万米高空,机舱外的气温常常是零下几十度,寒冷程度堪比南极了。
太阳和地球的距离很远,两者中间的行星际空间很空旷,是什么给了地球温暖?答案就是太阳光(电磁辐射)。
太阳和地球之间的宇宙就是行星际空间了,非常冷,温度接近于绝对零度,这里的温度与宇宙的温度基本接近、有知道光在真空环境中没有热效应,当太阳光照射地球,光的辐射能被地球上的物质吸收,从而发生热效应。这就是太阳光照的由来,由于物体吸收的辐射能不同,产生的温度也不同,这样热量就成功传导了被照射的物体上。太阳产生的热量来自氢核聚变,热辐射可通过电磁波向外传递能量,由于地球与太阳之间巨大的距离,那么这是一种热辐射效果,由于光与热是同一种东西,也就是光的热效应。
太阳表面温度可达到5000摄氏度,内部温度为1500万摄氏度,如此高温的环境是太阳源源不断释放出热量的原因。在地球表面和轨道上接受到的光照有些不同,经过大气层的遮挡和屏蔽之后,热效应的效率会降低。但是在轨道上,热效应就非常明显了,同一个物体的正面和背面的温差就很大 ,正面可达到上百摄氏度,背面就是零下,这就需要材料的抗温差范围较大,传统的材料已经无法满足需求。这与月球表面是一个道理,在没有光照的情况下,温度直降到零下,有光照的地方就是高温。当然,如果探测器直接飞入太阳,那么不用多久就已经气化掉,不用说距离恒星太近,就是足够远的位置,也会因为光的热效应导致无法继续生存下去。
热传导需要物体与物体之间的接触,从本质上看,热传导是由物质中大量的分子热运动互相撞击,而使能量从物体的高温部分传至低温部分,或由高温物体传给低温物体的过程。我们使用热水袋、电热毯就是这样的原理。
热对流在我们的气候中,出现得比较多,是指热量通过流动介质,由空间的一处传播到另一处的现象,在气象学上,温差导致了大气对流,造成很多不同的天气状况的发生。在海洋洋流中,热对流也是造成大洋环流的原因之一。
热辐射是远距离传热的主要方式,不需要任何介质在其中发挥作用。我们的太阳是一个不断进行核聚变的巨大能量聚集地,它向四周不停息地发射着各种波长的电磁波,这些电磁波包括X射线、γ射线、X射线、紫外线、可见光、红外线等,波长范围覆盖了从X射线到无线电波的整个电磁波谱。其中很多对人体有害的电磁波被地球大气层挡住了。
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