為什麼太陽讓我們的地球溫暖了起來,但是太空卻仍然是一片冰涼呢?這是一個非常有意思的話題,地球熱起來了 ,為什麼太空卻一點都不熱呢?那這些溫度是如何到達地球的呢?為什麼沒有在太空中就消失了呢?為了解決這個問題,我們首先要了解的一個概念就是熱的傳遞。
熱傳遞
熱傳遞是一種物理現象,是指由於溫度差所引起的熱能傳遞的現象。比如我們倒了杯熱水,拿起杯子的時候感覺到了燙手,這就是一種熱傳遞。事實上熱傳遞存在三種主要的方式,分別是熱傳導、熱對流和熱輻射。
熱傳導
當物體或者系統內部產生了溫度差之後,就產生了熱傳導的條件,熱傳導的本質就是能量從高溫的部分轉移到了低溫的部分,是能量的遷移,是物質中分子熱運動撞擊產生的結果。這個過程在液體、氣體和固體中都能夠實現。
熱對流
熱對流就是指流動介質熱微粒由空間的一處向另一處傳播熱能的現象。這種熱傳遞方式只能發生在液體或者氣體當中,而且這種物質還必須要具有導熱的功能。
比如火災就是一個典型的熱對流的例子,比如有的火災形勢比較大,控制不住,就很有可能是因為在通風口產生了熱對流,為燃燒源源不斷地提供了新鮮的空氣,導致火災一直難以熄滅。
熱輻射
熱輻射是物體具有溫度而輻射電磁波的現象。一定溫度高於絕對零度的物體都能夠產生這種熱輻射。那絕對零度是什麼意思呢?絕對零度是熱力學中的最低溫度,這是一個理論上的概念,單位是開爾文(K),0K的話大概是零下273.15攝氏度,在絕對零度的條件下物體分子的動能和勢能都為0。
物體的溫度越高,則能夠輻射出的總能量就是越大的。比如太陽內核中發生著核聚變反應,會釋放出大量的能量,而這些能量正是以電磁波的形式向外輻射的。一些質量比太陽大,更耀眼的恆星,散發出的熱量也可能更大。
一般來說,熱輻射是通過波長較長的可見光和紅外線進行傳播的,熱輻射的傳播時不需要依靠任何介質的,因此在真空的外太空中,熱輻射是傳遞熱的唯一一種方式。
太空中的熱傳播
因此,我們就知道,在太空中實際上是存在著熱傳播的,也就是熱輻射,因為太空中並沒有什麼介質來進行傳遞,因此熱輻射也是太空中唯一的一種傳遞方式。
當我們了解到太空中存在著溫差,產生了熱輻射,那為什麼熱輻射沒有讓太空變熱呢?這又涉及到了溫度的概念。
溫度
溫度實際上是一個反應物體冷熱程度的物理量?是反應分子熱運動劇烈程度的一個度量指標。這話是什麼意思呢?
萬物均是由粒子組成的,但是粒子在空間中並不是非常整齊地排列的,是不均勻分布,不規則運動的。當粒子的運動開始變得劇烈時,溫度就會變高。這也就是說,有足夠密度的粒子運動才能產生動能和溫度,在地球上,毫無疑問,到處充滿了粒子。那麼在一個沒有粒子的空間裡呢?還有溫度嗎?
宇宙的密度
宇宙的密度是怎樣的?宇宙的密度是1*10^(-28) 千克/立方米,而我們地球的密度是5507.85千克/立方米。你看看宇宙的密度和地球的密度相差有多大。因此,宇宙裡的溫度很低,甚至是絕對零度,就是因為宇宙的密度太低了,粒子太少了。
宇宙的溫度
宇宙中接近是真空狀態,接近絕對零度的狀態,但是宇宙並不是絕對零度。這是因為在大爆炸的時候,形成了宇宙微波背景輻射,它的溫度比絕對零度高一些,是2.72K,而絕對零度是0K。
小結:
熱傳遞的主要方式有3種,分別是熱傳導、熱對流和熱輻射。在生活中熱傳導和熱對流似乎更容易理解,而熱輻射似乎顯得更抽象些。事實上,在真空的狀態下,熱輻射是熱傳遞的唯一一種方式,因為真空中的介質太少了,無法進行傳播。因此太陽的熱量是通過熱輻射的方式傳遞給地球的。那麼為什麼太空不熱,地球卻熱了呢?這是因為宇宙的密度遠遠小於地球的密度,而溫度產生的主要原因就是粒子的劇烈運動,太空中的粒子太少了,因此很難變熱。
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