真空不傳熱,那麼地球是如何接收到太陽能量的?

2020-12-05 科學黑洞

熱傳遞的概念很清晰,只要兩個物體之間存在著溫度差異,那麼熱量就會從高溫物體傳遞到低溫物體,而熱傳遞的方式主要有三種:熱傳導、熱對流和熱輻射。

我們先來了解這三種傳熱方式有什麼不同?

1.熱傳導

熱量傳遞中,熱傳導是非常常見的方式,一般發生在接觸的固體上,例如把一根鐵的一端放在火中去燒,而在另外一端很快就會感受到熱量,這種最常見的方式就是熱傳導。我們知道物體體現出溫度或者說攜帶熱量,根源就是微觀粒子在進行熱運動,溫度較高的地方代表著熱運動劇烈,微觀粒子動能較大,會帶動附近的微觀粒子一起運動,熱量就以這樣的方式傳遞下去。

只要有溫度差就會發生熱傳遞,這個前提條件是要有兩個物體或者物體內部溫度不均的地方發生。這也是固體中

2.熱對流

這種熱的傳導方式主要發生在流動的液體或者氣體中,同時也伴隨著熱傳導,最常見的就是家裡燒熱水,通過沸騰流動把所有的水都加熱到接近100攝氏度。熱對流和熱傳導比較相似,都需要有介質或者相互接觸才能實現熱量的傳導。

3.熱輻射

在三種熱量傳遞方式中,這是唯一一種不需要介質就可以完成的,最常見的就是太陽輻射能跨越1.5億公裡,讓地球上春暖花開、鳥語花香。而這中間的1.5億公裡是接近於絕對真空的,也就是不含有任何物質,即使有也是非常稀薄的粒子。

因此在接近於絕對真空的宇宙之中,量外兩種熱傳遞方式:導熱和對流都不發生,唯一發生的就是熱輻射。恆星在自身的引力塌陷作用下,內核處形成了高溫高壓的條件,高溫條件讓氫核熱運動速度變快,高壓條件讓氫核的密度增加。在這兩個條件的加持下,氫核的碰撞機率大大增加,從而發生核聚變。在太陽內部每秒鐘都有6億噸氫核發生核聚變,生成大約5.95億噸的氦,而損失的500萬噸質量按照愛因斯坦質能方程轉化為能量。

這些能量以熱輻射的方式穿過茫茫太空,傳遞到太陽系內的大多數天體上,但這隻佔據了小部分,99.99%以上的能量理論上會一直向太陽系外傳播。在真空中熱量是不會通過熱傳導和對流的方式來損失的,但可以通過熱輻射來傳遞熱量。

熱輻射是一種很普遍的熱傳遞方式,宇宙中只要溫度高於絕對零度的,都會向外進行熱輻射。

文/杜若,圖片來源網絡侵刪

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  • 科學解釋:真空不傳熱,地球是怎麼接收到太陽的熱量的?
    通常在夏天我們應該對「熱」很敏感,經常會躲避到空調房中,但是我們真的了解「熱」嗎?其實我們理解的的「熱」,它的概念遠遠不止是「溫度計測量的數值,熱是能量的一種形式,也是內能的一種形式。我們的溫度就可以用來表示熱,不過熱的實質是形容粒子的運動劇烈程度。
  • 太空是真空,地球是怎麼接收到太陽的量?
    外太空是一個近乎完美的真空,那麼,熱量如何在太空中傳遞呢? 很多人會對這個問題感到困惑。簡單來說,熱量需要一種介質來進行傳遞嗎?如果確實需要,那麼,來自太陽的熱量如何穿過真空的太空到達地球的呢?
  • 地球為什麼能接收到太陽的熱量?
    外太空是一個近乎完美的真空,那麼,熱量如何在太空中傳遞呢?很多人會對這個問題感到困惑。簡單來說,熱量需要一種介質來進行傳遞嗎?如果確實需要,那麼,來自太陽的熱量如何穿過真空的太空到達地球的呢?答案很簡單:熱量是太陽釋放出的一種能量形式,通過輻射進行傳播,這就是為什麼地球能感受到太陽的熱量。
  • 既然真空不導熱,但為什麼太陽卻能把熱量傳到球?
    真空真的不導熱嗎?如果真是這樣的話,那麼太陽的「熱」如何穿越1.496*10^8公裡的真空到達地球的呢? 答案很簡單:熱是太陽釋放的能量的一種形式,並通過輻射傳播。
  • 太陽和地球之間的宇宙那麼冷,熱量是怎麼傳到地球的?
    在三種傳熱方式中,熱傳導和熱對流進行熱量傳遞都需要介質,對於在地球上生存的我們來說,我們的身邊充滿著各種物質:氣體、液體、固體等等,它們對我們身邊熱量的傳遞佔據了最重要的作用,以至於我們常常將熱輻射忽略。熱輻射區別於另外兩種,熱輻射的傳遞不需要任何介質,在真空中也可以傳遞。對於宇宙之間的物質來說,熱輻射則是最重要的傳熱方式。
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    我們把這個問題稍微修改下,如果真空導熱,那麼太陽還能將熱量傳遞給地球嗎?我們還能看到宇宙盡頭的光線啊?熱量傳導有幾種模式,如果真空導熱會怎麼樣?請問真空的導熱係數是多少?當然我們可以來假設下,從太陽到地球,距離高達1.5億千米,光速到達需要8.3分鐘,而路途遙遠,導熱係數必須要非常高才行,否則全部耗散在路上了,因為只需要一點點損耗,那麼經過1.5億千米的損耗,到地球已經徹底耗盡了!
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    他們利用了量子力學匪夷所思的性質,在不藉助光子的情況下,讓熱量從真空中的一點傳到另一點。用量子漲落傳熱?熱量是物體內部微觀粒子無規則運動的表現——微觀粒子運動更快時,物體的溫度也更高。在宇宙尺度上,恆星的熱量大多藉助光子在真空中傳遞——這正是太陽從1.5億千米外將熱量傳遞至地球的方式。
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    熱輻射:熱量通過電磁波的形式進行傳遞,比如太陽把溫暖帶給地球。對於前者來說,熱量只能在物體內部、或者緊密貼合的物體之間傳遞;而對於後者來說,要想傳熱必須有流體分子的存在。 因此,如果兩個物體彼此分離,中間又只有真空的話,那麼在它們之間能夠發生的唯一的傳熱方式就是熱輻射。畢竟,真空裡面什麼都沒有,想把熱量傳遞出去,只能通過不依賴介質就可以傳播的電磁波。
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    我們可以利用熱力學知識進行估算,如果太陽不發光,那麼地球表面的平均溫度將在幾天內下降到冰點(0℃),經過很長時間後,最終保持在40K左右,成為一顆冰凍星球。地球表面的平均溫度在15℃左右,這是地球向外輻射熱量和接收太陽輻射共同達成的熱力學平衡,而且還是動態平衡,因為地表任何地方的輻射每時每刻都在發生,但是只有面向太陽的一面才能接收太陽輻射。地球的熱平衡其實我們可以利用熱力學知識,來粗略計算這種熱平衡,從而得知太陽不發光後,地表溫度將下降多少,不過我們首先要來了解地球的熱平衡。
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  • 真空不導熱,太陽光為什麼能將熱量傳到地球?假如真空能導熱呢?
    我們把這個問題稍微修改下,如果真空導熱,那麼太陽還能將熱量傳遞給地球嗎?我們還能看到宇宙盡頭的光線啊?熱量傳導有幾種模式,如果真空導熱會怎麼樣?請問真空的導熱係數是多少?當然我們可以來假設下,從太陽到地球,距離高達1.5億千米,光速到達需要8.3分鐘,而路途遙遠,導熱係數必須要非常高才行,否則全部耗散在路上了,因為只需要一點點損耗,那麼經過1.5億千米的損耗,到地球已經徹底耗盡了!因此真空必須是一種100%導熱的固體,比如以太,它是一種又堅硬,卻又感受不到的物質,想必它能極小的損耗傳遞熱量!
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    科學家發現一種以前未知的納米級傳熱方式,它可能對於創建更快,更時尚,內存更多的電子產品具有重要意義。這個消息可能令人驚喜,熱傳遞是讓我們電的子設備工作的過程,如何控制傳熱過程是製造運行速度更快,更複雜設備的瓶頸。
  • 太空中沒有氣體,太陽的熱量是如何傳到地球的?
    熱量的傳遞一共有三種方式,熱對流、熱傳導和熱輻射,在真空中,熱量只能以熱輻射的方式進行傳遞,太陽也是這樣把熱能傳遞到地球的。熱輻射熱傳導和熱對流都需要有傳熱介質,但是宇宙空間中基本沒有氣體,太陽一樣可以把熱量傳遞到地球,這是用了熱輻射的傳導方式。
  • 相比冬暖夏涼的地球,宇宙的溫度卻不那麼溫和
    ,冬天的時候又被冷到恨不得裹著被子出門,而這一切正是由於地球圍繞太陽公轉之後,太陽對地球所造成的影響。,或許有人會問了,太陽距離地球那麼遙遠,怎麼會對地球造成這麼大的影響,那麼對於宇宙空間或其它行星是否也是會造成同樣的影響呢?
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    在眾多的疑問中,有一個問題顯得很是突兀,我們都知道地球之所以會有適宜人類生存的環境和溫度,和太陽的存在是密不可分的。太陽提供給地球光和熱,才讓地球溫度宜人,人類才得以在地球上生存下去。那麼,問題來了,我們都知道在太陽和地球之間是真空並非空氣,也知道真空是不導熱的,那麼太陽光的熱是怎麼傳遞到地球上的呢?其實,要解答這個問題,首先我們要弄清楚熱傳遞有哪幾種方式。
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