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    太空非常寒冷,那為啥空間站反而擔心倉內過熱,增加散熱呢?

    宇宙空間很是嚴寒,星際塵埃溫度可達-260℃,而宇宙微波布景輻射溫度為-270.15℃,只比絕對零度高了2.7K。而絕對零度是物質原子、分子遏制熱活動的最低溫度,這只是一個理論上存在的概念。宇宙空間溫度這么低,但若是我們人體表露在太空中并不會因為嚴寒而滅亡,更不會剎時凍結,甚至您也不會感覺冷,只會死于低壓情況;當然國際空間站并不會去擔憂空間太冷,而去加熱宇航員地點的太空艙,反而要增添額外的設備,加大散熱面積去給空間站降溫,這是為什么呢?

    先領會下簡單的概念:什么是熱量?什么是溫度?

    所有物質都是由分子和原子構成的。而原子和分子老是以分歧的體例隨機活動(包羅平移、扭轉、振動)。原子和分子的活動就發生了熱量或熱能。是以所有物質都有熱能。原子或分子隨機活動得越猛烈,熱量或熱能也就越高。當然,我們用來權衡熱能的溫度也就越高。

    上圖為動力學模擬的水分子動畫。綠色的線暗示氧和氫之間的氫鍵。氫鍵比共價鍵要弱得多。然而,當大量氫鍵協同感化時,它們會發生很強的熱效應。那么溫度是什么?

    溫度是權衡物質分子活動的平均動能,是大量分子熱活動的集體表示,含有統計意義。對于個體分子來說,溫度是沒有意義的。因為一些原子和分子的活動速度比另一些快。溫度是給定系統中所有原子和分子能量的平均值。溫度與系統中有幾多物質無關。它只是系統能量的平均值。簡單來說,溫度就是人們用來恒星物體冷熱水平的物理量。

    那么熱量是若何損掉的?就是說,熱能若何傳遞?

    熱能可以經由過程三種體例從一個處所轉移到另一個處所:固體傳導,流體(液體或氣體)的對流,以及熱輻射。可是這三種方式中:傳導是傳遞熱量最有用的方式。若是系統中存在溫度差,熱量老是會從較高的溫度轉移到較低的溫度。

    熱傳導

    當兩個物體在分歧溫度下彼此接觸時,就會發生熱傳導。熱能從較熱的物體流標的目的較冷的物體,直到它們處于不異的溫度。傳導是熱量經由過程物質分子的碰撞而發生的單標的目的活動,在兩個物體接觸的處所,較熱物體中活動較快的分子與較冷物體中活動較慢的分子發生碰撞。

    當它們發生碰撞時,速度較快的分子將部門能量(動能)傳遞給速度較慢的分子。較慢的分子獲得更多的熱能(動能),并與較冷物體中的其他分子發生碰撞。這個過程一向持續,直到來自較熱物體的熱能完全擴散到較冷物體。

    有些物質比其他物質更輕易傳熱。固體比液體好,液體比氣體好。金屬是熱的良導體,而空氣是熱的不良導體。當您接觸比您的皮膚更熱或更冷的工具時,例如當您在溫水或冷水中洗手時,或者我們與熱空氣、冷空氣接觸,這就是典型的傳導傳熱。這是熱量損掉最快、最有用的體例,這不消多說,表露在冷空氣中剎時就能體味到什么叫熱量流掉。

    對流:

    在液體和氣體中,對暢通常是最有用的傳熱體例。當液體或氣體中較熱的區域上升到較冷的區域時,就會發生對流。當這種環境發生時,溫度較低的液體或氣體就會代替溫度較高的區域。這個輪回導致了一個持續的對流模式,熱量被轉移到較冷的區域。當我們在鍋里燒水時,就會看到熱對流。上升的氣泡是水較熱部門上升到頂部較冷的部門。我們還聽過這樣一句話“熱空氣上升,冷空氣下降”這是對大氣對流的一種描述。熱量經由過程空氣的輪回而轉移。

    熱輻射:

    傳導和對流都需要物質來傳遞熱量。輻射是一種最低效的傳熱方式,它不依靠于熱源和被加熱物體之間的任何接觸。例如,即使我們不接觸太陽,我們也能感觸感染到它的熱量。熱可以經由過程熱輻射在真空中傳布。熱輻射(凡是稱為紅外輻射)是一種電磁輻射(或光)。輻射是一種能量傳輸形式,由以光速傳布的電磁波構成。不需要互換質量,也不需要介質。

    當原子的高能電子下降到較低能級時,物體就會發出輻射。損掉的能量以光或電磁輻射的形式發射出來。原子接收能量也可所以電子“躍遷”到更高的能級。所有物體都接收和發射輻射。當能量的接收均衡了能量的發射,物體的溫度連結恒定。若是能量的接收大于能量的發射,那么物體的溫度就會升高。若是能量的接收小于能量的發射,那么物體的溫度就會下降。

    把握了以上的常識,我們就可以完美地解決問題。

    為啥國際空間站害怕過熱,要專門增添散熱面積來降溫?

    為啥人體表露在空間中并不會剎時凍結?相信您已經有謎底了,可是我仍是再反復下。

    關于外層空間最常見的曲解之一是,任何進入外層空間的工具城市立即被凍結。但現實上,因為空間是真空的,沒有任何介質來進行熱傳導而帶走熱量,熱能只能是經由過程電磁輻射(光)的體例遲緩的損掉,而這個電磁輻射還在紅外波段,可想而知這個過程是何等的遲緩,以至于像白矮星已經滅亡的恒星,也需要數萬億年的時候才能冷卻下來,現實上它們可能是宇宙中最后的熱點。下面再舉個例子:

    若是我們把手伸進預熱好的烤箱,此中的空氣和金屬架子的溫度是一樣的,但只有架子灼傷皮膚,因為它是一種致密的結晶體,可以很是有用地傳導熱量,而空氣是由質量和密度低得多的氣體構成的,比擬之下空氣是一個不良的熱導體。還有在冬天我們敢接近火爐去經由過程熱輻射取暖,但您絕對不敢用手去摸火爐。這些例子都申明了熱傳導比熱輻射要高效得多。

    還有在同樣的溫度下,金屬物體就要比空氣冷得多,您可以摸下身邊的金屬物體試一下,這是因為金屬能更快的帶走身體的熱量。

    而真空根基就不會發生熱傳遞,所以熱量損掉的很是遲緩。而國際空間站上的設備浩繁,每一個城市發生熱量,熱量的大量儲蓄積累就是導致人員無法承受,是以國際空間站配備了布滿輪回氨的龐大空間散熱器,以增添輻射面積。

    人體呢?當我們剎時表露在太空,也只是經由過程熱輻射損掉身體的熱量,所以我們可能并不會感受到冷,就會因為低壓肺分裂而死。

    • 發表于 2020-01-30 12:31
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