第四種?除了對流、傳導、輻射,自然界竟還有這種熱量傳遞方式?

2020-12-03 科學小哨

從小到大,老師和課本告訴我們,熱量只有三種傳遞方式:通過相互接觸的熱傳導、通過氣體液體的熱對流、通過光子的熱輻射。我們對此也沒有過多懷疑,因為細想周圍世界,無論是大地上第一縷陽光帶來的熱量,還是冬夜裡享受空調吹出的暖風,又或者是相互依靠的肩膀,我們感受到的溫暖似乎只有通過這三種方式來實現。不過,科學從未停下腳步,也永遠都在發現未知,這不,《自然》上發表的一篇論文似乎揭示了大自然還有第四種熱量傳遞方式——量子漲落傳熱。

熱量其實是物體內部粒子無序運動的表現,粒子運動的越活躍,物體的熱量也越高。宇宙空間中,熱量大多通過星體間光子的運動來傳遞,而我們生活日常中,熱量大多通過接觸來傳遞。隨著量子力學的發展,有科學家認為還有第四種熱量傳遞方式,量子漲落的熱傳遞。普通的接觸傳熱是通過聲子來傳遞,而聲子在真空中也能傳遞嗎,如果能,那麼是否意味著這是第四種熱傳遞方式?對於量子力學來說,是可以的。因為量子力學不認為宇宙中有完完全全的真空,所謂的真空其實還存在著一些虛粒子。

虛粒子並不是物理學家引出來方便計算的虛假粒子,而是真實存在、可以測量的粒子,科學家認為,虛粒子是承載著四種基本力的粒子,宇宙的能量總值在短時間是起伏的,產生這種能量起伏的粒子就是虛粒子,虛粒子的不斷出現和消失也就是所謂的量子漲落。因為這種量子不確定性對觀測造成的影響,使得目前人類永遠無法看清遙遠的宇宙,即宇宙是模糊的。

如果在真空中放置兩塊很平的東西,虛粒子會使它們表面相互彎曲,量子漲落除了造成這個影響,還有其他什麼效果呢?科學家認為可以通過它來實現第四種方式的熱量傳遞。舉個例子,在沒有熱輻射的真空情況下,如果有個高溫物體和一個低溫物體,虛粒子會接收高溫物體的熱量,然後傳給低溫物體,如同一個彈簧一樣,實現這種震動聲子的傳遞。

加州大學伯克利分校的張翔團隊就做了一個實驗,實現了納米尺度下的量子漲落傳熱。他們藉助極薄的兩片氧化矽膜,觀察它們相互之間的振蕩頻率影響,這種溫度改變後的膜的振頻改變現象很容易就觀測出來了。這兩片膜處在真空室內,尺寸幾乎一樣,表面極為光滑,距離也非常近,但沒有接觸,二者在不同溫度條件下都實現了熱量交換。這項實驗的要求十分精細,結果發現,兩片膜在400納米之內距離時,熱量交換比較明顯。

這項實驗發表在《自然》上,科學家表示,宇宙星體間也通過這第四種方式傳熱,但是距離太過遙遠,所以效果微乎其微,只有在納米尺度上,熱量交換才表現得較為明顯,因此它或許可以幫助解決電子設備的發熱問題,值得期待。

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  • 第四種熱傳遞方式被找到了!
    熱在真空環境下很難被傳遞,這是經典物理學中的一個基本概念,在中學物理課上,我們學習了熱量的3種傳遞方式:熱傳導、熱對流,以及熱輻射。其中,除了熱輻射,前兩種熱傳遞方式都無法在真空中進行。現在,第四種熱傳遞方式被發現了。
  • 什麼是傳導傳熱、對流傳熱和輻射傳熱?
    傳熱有三種方式:傳導傳熱、對流傳熱和輻射傳熱。(1)傳導傳熱熱能從一個物體傳到另一個物體或從物體的一部分傳到另一部分,但物體的分子並不發生移動,這種傳熱方式叫做傳導傳熱。單純的傳導傳熱主要發生在固體中(在液體和氣體中也有傳導傳熱存在,但往往伴有其它傳熱方式)。
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  • 《物理提高》熱量傳遞的三種方式是什麼
    熱傳遞的三種基本形式為:熱傳導、熱輻射和熱對流。只要在物體內部或物體間有溫度差存在,熱能就必然以以上三種方式中的一種或多種從高溫到低溫處傳遞。
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    在物理課本上,除了熱輻射,熱傳導、熱對流這兩種通過聲子傳熱的方式,都無法在真空中發生。但在量子物理學家看來,真空並不是一片真正的「虛空」,而是充滿了量子漲落。一項近期發表於《自然》雜誌的實驗就首次證明,量子效應可以讓聲子在真空中傳遞熱量。終於,一種全新的熱傳遞方式被找到了。我們從小就會接受這樣的教育:做飯時不要碰灶臺上的鍋,也不要靠近火焰,不然就會被燙傷。
  • 科學家發現一種全新熱傳遞方式,或改寫物理教科書
    熱傳遞的三種方式在初高中的物理學課上,都會涉及聲、光、電、力、熱這幾個部分。其中在講到熱力學時,老師通常會說,熱傳遞有三種方式:熱傳導、熱對流 、熱輻射。那這三種方式該如何去理解呢?其中,熱傳導的本質就是一個分子向另一個分子傳遞動能;熱對流是指流體的宏觀運動導致流體各部分之間發生了相對位移,冷熱流體就會發生互相摻雜,也就實現了熱量傳遞的過程;熱輻射是指物體通過電磁波輻射來傳遞熱量,太陽輻射就是典型的熱輻射。
  • 熱傳導是怎樣的?傳導聲音嗎?
    ,因此,在流體中熱對流與熱傳導同時發生。二.熱傳導的三種方式我們知道熱傳導有三種方式,第一種是熱從物體溫度較高的那部分沿著物體向物體溫度較低的那部分傳導。我們最常見的是炒菜時,火的溫度傳導到鍋上,鍋的溫度傳導到我們做的菜上。
  • 真空聲子傳熱:改寫教科書的第4種熱傳遞方式被發現了
    (圖片來源:張翔/加州大學伯克利分校) 還記得熱傳遞的3種方式嗎?在物理課本上,除了熱輻射,熱傳導、熱對流這兩種通過聲子傳熱的方式,都無法在真空中發生。但在量子物理學家看來,真空並不是一片真正的「虛空」,而是充滿了量子漲落。一項近期發表於《自然》雜誌的實驗就首次證明,量子效應可以讓聲子在真空中傳遞熱量。終於,一種全新的熱傳遞方式被找到了。
  • 真空聲子傳熱:改寫教科書第4種熱傳遞方式被發現了
    來源:環球科學量子漲落使得聲子可以在真空中傳遞熱量。(圖片來源:張翔/加州大學伯克利分校)還記得熱傳遞的3種方式嗎?在物理課本上,除了熱輻射,熱傳導、熱對流這兩種通過聲子傳熱的方式,都無法在真空中發生。但在量子物理學家看來,真空並不是一片真正的「虛空」,而是充滿了量子漲落。
  • 熱量的旅行
    一說到熱量,就會讓我們想到自然界中的氣候變化、季節交替等自然現象。物體的冷熱成都可以用溫度來表示。能量大小在冷熱這一領域裡也可以用溫度來表示。因為冷熱不均,因而產生了熱量的傳遞,傳遞的熱量總時由溫度高的物體傳到溫度低的物體。傳導、對流和輻射是熱傳遞的三種方式。傳導是熱傳的主要方式,主要在固體中進行;對流是液體和氣體進行熱傳遞的方式;太陽的熱量就是以熱輻射的形式傳導地球的。
  • 真空聲子傳熱:第4種熱傳遞方式被發現 教科書要被改寫
    還記得熱傳遞的3種方式嗎?在物理課本上,除了熱輻射,熱傳導、熱對流這兩種通過聲子傳熱的方式,都無法在真空中發生。但在量子物理學家看來,真空並不是一片真正的「虛空」,而是充滿了量子漲落。一項近期發表於《自然》雜誌的實驗就首次證明,量子效應可以讓聲子在真空中傳遞熱量。終於,一種全新的熱傳遞方式被找到了。
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    一般情況下真火壁爐有三種不同的傳熱方法:傳導,對流和輻射。有時,這三種情況可能同時發生。只要存在溫差,就會發生熱傳遞。傳熱可能會迅速發生,也會緩慢發生,使用真火壁爐作為房屋整體供暖系統的做法便是後者的情況。