宇宙空间很是严寒,星际尘埃温度可达-260℃,而宇宙微波布景辐射温度为-270.15℃,只比绝对零度高了2.7K。而绝对零度是物质原子、分子遏制热活动的最低温度,这只是一个理论上存在的概念。宇宙空间温度这么低,但若是我们人体表露在太空中并不会因为严寒而灭亡,更不会刹时冻结,甚至您也不会感觉冷,只会死于低压情况;当然国际空间站并不会去担忧空间太冷,而去加热宇航员地点的太空舱,反而要增添额外的设备,加大散热面积去给空间站降温,这是为什么呢?
先领会下简单的概念:什么是热量?什么是温度?
所有物质都是由分子和原子构成的。而原子和分子老是以分歧的体例随机活动(包罗平移、扭转、振动)。原子和分子的活动就发生了热量或热能。是以所有物质都有热能。原子或分子随机活动得越猛烈,热量或热能也就越高。当然,我们用来权衡热能的温度也就越高。
上图为动力学模拟的水分子动画。绿色的线暗示氧和氢之间的氢键。氢键比共价键要弱得多。然而,当大量氢键协同感化时,它们会发生很强的热效应。那么温度是什么?
温度是权衡物质分子活动的平均动能,是大量分子热活动的集体表示,含有统计意义。对于个体分子来说,温度是没有意义的。因为一些原子和分子的活动速度比另一些快。温度是给定系统中所有原子和分子能量的平均值。温度与系统中有几多物质无关。它只是系统能量的平均值。简单来说,温度就是人们用来恒星物体冷热水平的物理量。
那么热量是若何损掉的?就是说,热能若何传递?
热能可以经由过程三种体例从一个处所转移到另一个处所:固体传导,流体(液体或气体)的对流,以及热辐射。可是这三种方式中:传导是传递热量最有用的方式。若是系统中存在温度差,热量老是会从较高的温度转移到较低的温度。
热传导
当两个物体在分歧温度下彼此接触时,就会发生热传导。热能从较热的物体流标的目的较冷的物体,直到它们处于不异的温度。传导是热量经由过程物质分子的碰撞而发生的单标的目的活动,在两个物体接触的处所,较热物体中活动较快的分子与较冷物体中活动较慢的分子发生碰撞。
当它们发生碰撞时,速度较快的分子将部门能量(动能)传递给速度较慢的分子。较慢的分子获得更多的热能(动能),并与较冷物体中的其他分子发生碰撞。这个过程一向持续,直到来自较热物体的热能完全扩散到较冷物体。
有些物质比其他物质更轻易传热。固体比液体好,液体比气体好。金属是热的良导体,而空气是热的不良导体。当您接触比您的皮肤更热或更冷的工具时,例如当您在温水或冷水中洗手时,或者我们与热空气、冷空气接触,这就是典型的传导传热。这是热量损掉最快、最有用的体例,这不消多说,表露在冷空气中刹时就能体味到什么叫热量流掉。
对流:
在液体和气体中,对畅通常是最有用的传热体例。当液体或气体中较热的区域上升到较冷的区域时,就会发生对流。当这种环境发生时,温度较低的液体或气体就会代替温度较高的区域。这个轮回导致了一个持续的对流模式,热量被转移到较冷的区域。当我们在锅里烧水时,就会看到热对流。上升的气泡是水较热部门上升到顶部较冷的部门。我们还听过这样一句话“热空气上升,冷空气下降”这是对大气对流的一种描述。热量经由过程空气的轮回而转移。
热辐射:
传导和对流都需要物质来传递热量。辐射是一种最低效的传热方式,它不依靠于热源和被加热物体之间的任何接触。例如,即使我们不接触太阳,我们也能感触感染到它的热量。热可以经由过程热辐射在真空中传布。热辐射(凡是称为红外辐射)是一种电磁辐射(或光)。辐射是一种能量传输形式,由以光速传布的电磁波构成。不需要互换质量,也不需要介质。
当原子的高能电子下降到较低能级时,物体就会发出辐射。损掉的能量以光或电磁辐射的形式发射出来。原子接收能量也可所以电子“跃迁”到更高的能级。所有物体都接收和发射辐射。当能量的接收均衡了能量的发射,物体的温度连结恒定。若是能量的接收大于能量的发射,那么物体的温度就会升高。若是能量的接收小于能量的发射,那么物体的温度就会下降。
把握了以上的常识,我们就可以完美地解决问题。
为啥国际空间站害怕过热,要专门增添散热面积来降温?
为啥人体表露在空间中并不会刹时冻结?相信您已经有谜底了,可是我仍是再反复下。
关于外层空间最常见的曲解之一是,任何进入外层空间的工具城市立即被冻结。但现实上,因为空间是真空的,没有任何介质来进行热传导而带走热量,热能只能是经由过程电磁辐射(光)的体例迟缓的损掉,而这个电磁辐射还在红外波段,可想而知这个过程是何等的迟缓,以至于像白矮星已经灭亡的恒星,也需要数万亿年的时候才能冷却下来,现实上它们可能是宇宙中最后的热点。下面再举个例子:
若是我们把手伸进预热好的烤箱,此中的空气和金属架子的温度是一样的,但只有架子灼伤皮肤,因为它是一种致密的结晶体,可以很是有用地传导热量,而空气是由质量和密度低得多的气体构成的,比拟之下空气是一个不良的热导体。还有在冬天我们敢接近火炉去经由过程热辐射取暖,但您绝对不敢用手去摸火炉。这些例子都申明了热传导比热辐射要高效得多。
还有在同样的温度下,金属物体就要比空气冷得多,您可以摸下身边的金属物体试一下,这是因为金属能更快的带走身体的热量。
而真空根基就不会发生热传递,所以热量损掉的很是迟缓。而国际空间站上的设备浩繁,每一个城市发生热量,热量的大量储蓄积累就是导致人员无法承受,是以国际空间站配备了布满轮回氨的庞大空间散热器,以增添辐射面积。
人体呢?当我们刹时表露在太空,也只是经由过程热辐射损掉身体的热量,所以我们可能并不会感受到冷,就会因为低压肺分裂而死。
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