真空不导热,但为什么太阳光却能把热量地球?

馨馨话语


什么是热?

要搞清楚这个问题,首先,我们要搞清楚什么是“热”。如果我们用经典物理学的视角来看这个问题,热的本质其实是微观粒子运动的剧烈程度。那这句话是什么意思呢?

我们都知道,万事万物其实都是由粒子构成,比如:分子和原子。而这些粒子并不是整整齐齐排排队,一动不动的。相反,它们其实是一直处于运动状态。

而它们运动的剧烈程度的宏观体现实际上就是温度高或者温度低,我们通常用分子的平均动能来描述这件事情。如果平均动能越高,也就是总体上粒子运动得越剧烈,温度就越高。相反,如果平均动能越低,分子总体的运动越不剧烈,温度也就越低。

也就是说,我们觉得某个地方很热,实际上是这个地方的粒子的运动程度要更加剧烈一些所导致的。(这里要注意一个问题,关于这个“热”的定义,其实是建立在足够的粒子数的基础之上,如果只有极其少的粒子数,其实并不能体现出温度来。)

那么问题来,为什么太阳的辐射可以让地球升温呢?

热的传递

要搞清楚热量的传递,实际上就得先搞清楚热量都有哪些传递的方式,目前来说一共有三种,分别是:热对流,热传导以及热辐射。

实际上,科学家发现,凡是高于绝对零度(零下273.15°)的物体都会发出热辐射,也就是说,其实咱们人体也在发出热辐射,之所以我们看不到是因为这个热辐射不在可见光波段而已。

而太阳辐射是非常强的一种辐射,之所以强,是因为太阳的内核正在发生核聚变反应,一般处于主序星阶段的恒星,都是氢原子核的聚变,生成氦原子核,同时产生释放出大量的能量,这些能量都以电磁波的形式向外辐射。

这就有点像是一颗超巨型的氢弹在持续向外输出能量,这个能量有多大呢?

太阳每秒钟要损失420万吨的质量,这些质量等效于一定的能量。(这个能量可以用E=mc^2来换算。)这些能量相当于1.8*10^12个沙皇氢弹,9.192*10^12万TNT炸药,都最终以电磁波的形式向外辐射了。

而我们要知道,电磁波辐射是不需要介质的,它其实是可以在真空中传播的,这速度就是光速c=3*10^8m/s。而宇宙是非常空旷的,宇宙的平均密度要低于一平米一个氢原子的水平。因此,就如同我们上文提到的,温度要体现出来的前提是足够多的粒子数,但太空中并没有。所以,热辐射可以很自由地穿行于宇宙当中。我们现在太空中还有宇宙微波背景辐射,是宇宙大爆炸时留下来的余热,它们就在宇宙中自由地传播,温度大概是2.7开尔文,也就是比绝对零度高2.7度。

由于太空的这个属性,使太阳辐射在传播过程中极少被削减,这才使得地球可以接收到太阳辐射。而地球相对于“几乎真空”的太空来说,简直就是一个物质密度极大的天体,分子数足够多,因此,这些热辐射可以使得地球上的分子运动变得剧烈,这也就是得地球的温度升高了,说白了就是构成地球的粒子的运动变得更加剧烈了。这也就是为什么地球可以接受到太阳能量的原因。

不过,如果太阳辐射都照到地球,地球就会变得非常热,生物根本不能存活。实际上,地球所接收到的太阳辐射只占总辐射量的4.5*10^(-10),而人类真的使用上的只有4.5*10^(-14)。

你可能感受不到这差别有多大,我们可以用钱来类比,如果太阳每秒向太空撒70万亿的钱,那么地球接收到的只有3万元左右,人类能够捡到的只有3元左右。其余的,大多都以热量的形式散失了,所以,我们对于太阳能的使用效率是极其低的。


钟铭聊科学


因为太阳并不是通过热传导给地球加热的,而是通过热辐射。热有三种方式传播:热传导、热对流、热辐射。

热传导

简单来说,热传导和上面牛顿球的原理差不多。热能的本质说到底是系统内分子的动能,加热就是加速分子的运动,然后受热分子再把多余的能量递给周围的分子,也就是通过相互碰撞将热量传递给其它分子。这种分子与分子之间的碰撞就叫做热传导。

换而言之,一个孤零零的分子在空旷的宇宙中即便再狂暴,无法碰撞其他分子,也就无法传递它多余的能量。

真空就是一片空旷的空间,几乎没有什么分子,或者说它们相距甚远无法发生碰撞,所以真空才不导热。即便太阳表明温度可以达到5000-6000摄氏度,太空的温度依然是零下270多度。

热辐射

为了跨越虚无的真空,热量只得以另一种方式传送,它就像动感光波一样,只有命中目标才能彰显其威力,这就是热辐射。因为热辐射只能加热它穿过的分子或物体,其余的都不能被加热。

因此,宇宙中即便有如此多炙热的恒星,却依然充满了冰冷与黑暗。太阳辐射只有接触到实实在在的物质,才能把热量传递给它。当太阳辐射到达地球的大气层时,能量被大气分子吸收,它们再把多余的能量传递给周围的分子,这种连锁反应让太阳光直射的地方温度升高。

为了让地球上的温度可调控,还需要有另一种热量传递方式。

热对流

空气就像毫无定性的浪荡子,给点阳光就飘飘然,不能自拔。在重力的作用下,空气受热后,肆意狂奔的气体分子让密度降低,导致热空气上升;空气受冷后,萎靡下来的气体分子又让密度增大,而导致冷空气的下降,这种循环就是热对流。热对流对地球上热量的分散十分重要。

在没有重力的真空中,热对流同样不可能发生。宇宙中总是充满着极度温差。

热对流不仅发生在大气中,也发生在海洋中,什么洋流、厄尔里诺现象和拉尼娜现象都与它密切相关。简单来说,一切热量在流体介质中的传递过程都叫做热对流。

总结

对于人类来说,宇宙中的极端温差是一种挑战。美丽的宇宙如此极端,让人类觉得SO CRAZY。

但相比于宇宙中上百度温差变化的芸芸众星,地球更像那个不合群的怪胎,我们的大气层竟然能在极冷与极热的交融中保持着温暖,对其他星球来说是难以想象的。

或许地球在其他行星的眼里,活得就像一个杀马特!

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想法捕手


热是能量的一种形式,是一个物体因为其组成粒子运动而产生的热量,在现代科学中热量和温度是分不开的,热量即温度的本质就是分子运动激烈程度的表现。

热量怎么传递呢?

热其实是通过热传导、热对流和热辐射这三种方式进行传递的。

热传导就是两个物体相互接触,这是最重要也是最常见的一种传热方式;

而热对流和热传导是有点类似的,不过对流当然是发生在流体中了,是流体内各部分之间发生相对位移而导致的热量传递,比如空气,水离开热源后和其他物体接触,就是热对流;

热辐射则是物体用电磁辐射的形式把热能向外散发的传热方式。



真空是不导热的,也不能传递声音因为没有介质,但是真空可以传递电磁波啊!

在阿波罗11号登月中,宇航员就是通过电磁波来交流的,这就说明了真空中传热是通过热辐射来传递的。

太阳表面温度可达到5000摄氏度,内部温度为1500万摄氏度,而太阳的热量来自氢核聚变。

太阳通过热辐射向外传递热量,热量穿过太阳和地球之间的真空距离其实就是一种热辐射的效果。

热量都是需要介质的,如果没有物质,也就不存在温度这一说。

而真空中是没有可以传递热量所需的介质,但是光其实也是一种电磁波,太阳的热量就是通过电磁波进行传递的,电磁波是不需要介质的。


星球上的科学


太阳是以电磁波的形式辐射能量的

太阳是地球的热量来源,毫无疑问,这是每一个人都知道的道理,就跟我们靠近火堆一样,离得越近就会越炙热。

太阳产生的能量是通过大量的氢元素核聚变释放的电磁辐射,而电磁辐射的传播并不需要介质,所以即使外太空这个接近绝对真空的环境中,电磁辐射也会毫无干扰地到达地球。

太阳是地球热量来源

太阳产生的电磁辐射所产生的能量是不同的,根据普朗克辐射定律,波长短频率高的电磁波的能量最大。从太阳辐射光谱来看,紫外线的辐射能量最大,而红外线的能量最小,所以我们生活中常常说到要用各种物理遮盖或者化妆用品保护紫外线的电磁辐射伤害!

电磁辐射转化为热能使地球变热

太阳辐射抵达地球附近后会穿越厚厚的大气层,此时空间内会有各种各样的气体分子。我们按离地面的高度来说的话,从高到底,分别有平流层中的臭氧和少部分水汽,对流层中氧气,水,二氧化碳和其他含量较少的物质。而对流层占地球大气层的75%左右,要知道,正是对流层中的气体对地球温度起到了决定性作用,为什么这么说呢?

二氧化碳导致温室效应

大部分的太阳电磁辐射中的高能辐射被地表直接吸收,而占少部分是被地表空气中的气体分子吸收。当地表物质的温度上升时,其也会向外发射电磁辐射,只不过地表发射的电磁辐射集中在长波辐射(因为其温度较低)。此时,空气中的水分子和二氧化碳会吸收这些长波辐射使空气温度变高,这也是人们常常把二氧化碳称之为温室气体的真正原因。

核聚变是太阳能量来源

我们感觉到太阳热会包括两部分

人类生活在地球上,当到了夏天时,总是感觉到格外的热,其实这个热分为两方面:

1.太阳的电磁辐射逐步转化,直到被空气中的气体分子吸收转化为空气的内能,使得我们生活的环境温度变高。

夏季高温

2.当我们在太阳光下照射时,太阳辐射会直接被我们的皮肤所吸收。如果夏天中午的时候很可能会造成皮肤灼伤。

总结

综上所述,太阳释放的能量是以电磁辐射的形式发出的,因为外太空没有密集的空气分子,电磁辐射并不会立刻被吸收,也不会通过热传递的方式将热量传递下去。而是以电磁辐射的方式传递能量进而被人体吸收或者气体分子吸收导致温度变高的。


徐晓亚然


真空不导热,但为什么太阳光却能把热量地

我们把这个问题稍微修改下,如果真空导热,那么太阳还能将热量传递给地球吗?我们还能看到宇宙尽头的光线啊?

热量传导有几种模式,如果真空导热会怎么样?

热量传递模式我们知道有三种,分别是传导、对流和辐射,在地球上大多数时候这几种状况会同时发生,因为存在热量传递的介质,比如空气、实体物质和,而辐射却不需要介质,只要不档着辐射源即可!

所谓导热的理解,我们一般是理解为传导和对流,因为只有这两种传递的才是热量,也就是分子运动的传递,假如真空是一种可以用传导的方式来传递热量的话,也许会发生很多有趣的结果!

  • 请问真空的导热系数是多少?

当然我们可以来假设下,从太阳到地球,距离高达1.5亿千米,光速到达需要8.3分钟,而路途遥远,导热系数必须要非常高才行,否则全部耗散在路上了,因为只需要一点点损耗,那么经过1.5亿千米的损耗,到地球已经彻底耗尽了!

因此真空必须是一种100%导热的固体,比如以太,它是一种又坚硬,却又感受不到的物质,想必它能极小的损耗传递热量!到地球时仍然能滋润万物!

当然以太说已经在1887年迈克尔逊-莫雷实验中破产,真空不能导热,剩下只有一个可能,也就是辐射!

辐射传递的是热量吗?

理论上的真空并不存在介质(实际中真空中会存在极其微量的物质,可以忽略不计),因此它是无法传递热量的!那么问题来了,为什么太阳光晒到人身上会暖洋洋的呢?

  • 阳光的能量加剧了身体微观粒子的运动剧烈程度

要来理解这个话题,我们得来了解下温度的本质,温度是微观粒子运动的宏观表现,温度的高低就是微观粒子运动剧烈程度,花粉的布朗运动可以看作是其中的一个表现(水分子的运动)。

假如真空空无一物,那么光子在穿越宇宙空间时是不会有能量损耗的,它也不会老化,永远都和发射时的光子青春永驻,但它将蕴含的能量卸载给撞上的第一个障碍物,这个光子的能量为:E=hv,即光子的能量等于普朗克常数乘以频率,因此不同的光子能量是不一样的,越高频能量越高!

光子将这个能量传递给了目标物,尽管单个光子的能量很小,但无数的光子传递了相当可观的能量,使得物体内部的分子运动加剧,当我们触碰到了物体后,我们会感觉温暖,烫手甚至烫伤!

既然光子能量不会衰减,为什么金星那么热,地球刚刚好,火星那么冷呢?

单个光子的能量在太阳系的尺度内,改变几乎可以忽略不计,但由于太阳光是以球体方式向四周发射光子的,同样面积下,火星接接收到的阳光只有地球1/3不到!而金星接收到阳光则是地球的2.7倍!

但三颗行星温度的高低除了距离外还有其他原因:

  • 金星:温室效应失控
  • 火星:只有1%地球大气压

大气的温室效应在行星温度维持中非常有效,它的流动可使行星平均气温上升,也可以将表面向宇宙反射的热量截留,但过度的锁住热量也会导致温室效应失控,比如金星,加上距离太阳比较近,使得这个条件更加恶性循环!

地球很幸运,距离合适,大气层气压合适,温室效应刚好,所以地球生机勃勃,当然这个良性循环来自几十亿年前诞生的生命,很大程度上来看,生命也是维持生态循环的一部分。

最后我们来回开头提出的一个问题,即如果真空能导热,我们还能看到宇宙尽头的光线吗?能导热的必定有物质,即使再稀疏它也能会吸收光子,所以我们会看不到这些光子。

肯定有朋友想起了暗物质和暗能量,它们确实充满宇宙空间,但暗物质之参与引力与弱力,不参与电磁力和强力,暗能量只会产生斥力,不在四大基本作用力之内,而光的的传递则是电磁力,因此这两者都不会吸收光子!

最后提醒下,光子频率会随速度红移和引力红移影响下频率降低,能量减低,当着并非能量守恒不成立,而是它的部分能量耗散在了克服引力梯度空间或者速度扩张的空间距离增加中!


星辰大海路上的种花家


我想你问的是,太阳怎么会把热量传导到地球?好像很多人被这个问题弄糊涂了,此前我也写过类似的文章回答这个问题。

真空真的不导热吗?如果真是这样的话,那么太阳的“热”如何穿越1.496*10^8公里的真空到达地球的呢?

答案很简单:热是太阳释放的能量的一种形式,并通过辐射传播。

什么是热?

这个问题看起来可能很蠢,但如果深入探究,“热”的概念远不止是“温度计测量的数值”。在日常用语中,我们会说某物摸起来很热,或者我们可以说空气被全球变暖等影响而变热。然而,“热”最基本的定义是什么呢?

热是能量的一种形式。它是一个物体由于其组成粒子的运动而拥有的能量。这些粒子不断地运动、碰撞、反弹,而这些粒子运动和相互碰撞的速度越快,被讨论的物体就越热。(扩展阅读:固体允许粒子的最小运动,而气体允许组成粒子的最大运动)

当 我们“加热”某物时,我们基本上是提高该物体粒子的平均动能,从而提高其整体温度。

那么如何传热?

热可以通过三种不同的方式传递:热传导、热对流和热辐射。

简单地说,热传导发生在两个物体相互接触的时候。这是最重要和最常见的传热方式,它发生在快速移动或振动的粒子与邻近物体的粒子相互作用,并将它们的一些能量传递给后者的时候。

另外,当被加热的流体(如空气、水等)离开热源并与其他物质接触时,对流就发生了,在这个过程中传递了它们的一些能量。

热传导和热对流的例子和我们息息相关,因此很容易误以为只有这两种传热方式,这也是总是能看到这样问题的原因吧。

辐射传热(热辐射)

刚刚我们就已经说了传热有三种方式,而第三种就是辐射,这是一种使地球变暖的方式。

在太空中,几乎没有任何粒子(近乎完美的真空),但有辐射,当它与一个物体碰撞时,也会转化为热量。

辐射不仅会加热地球上的物体,也会加热那些没有(物理上)附着在地球上的物体,如国际空间站、月球和其他天体。

太阳之所以一直在“燃烧”,是因为它有着超乎想象的核聚变反应(中国的核聚变技术很强),核聚变反应释放出大量的能量,然后通过电磁波从太阳周围释放到太空中。

太阳在电磁波谱上发出多种波长的辐射,包括红外线、紫外线和x射线(光源)。它还发出人类可见光谱范围内的电磁波,这就是我们能看到太阳的原因!

还记得高中物理关于电磁波的知识吗?所有电磁波都一个特点……那就是电磁波不需要任何介质来传播,这意味着它们可以在真空中传播。这就是为什么我们能看到太阳并感受到地球上的“阳光”。

太阳辐射由一种称为光子的小而无质量的能量包组成,它们在太空中旅行,当它们碰到任何物体时,该物体就会吸收光子,并且得到一些能量,然后就被加热了。

最后

我们的大气层能很好地保持地球的温度,因为它吸收了到达地球的50%的太阳热能,并防止它逃回太空,给万物带来生机。

下次如果有人问你热量是如何在真空中传播的,请记住,不是“热量”在真空中传播,而是电磁辐射,它不需要介质来传播!


怪罗科普


太阳初级射线进入地球磁场产生金属态氢离子,金属态氢离子的“磁力矩”切割磁力线释放电磁波(能量)。






金童希瑞


我们都知道真空不导热,不能传递声音,但是真空可以传递电磁波。

在阿波罗11号登月中,宇航员是不能在月球表面直接说话的,而是通过电磁信号交流

我们要搞清楚热的本质是什么?

热量是能量的一种体现!在微观世界,粒子的运动剧烈程度可直观反应出温度,也可以间接地映射出热量。

相同比热容的物质,吸收越多的热量,其温度越高,在微观层面也体现出构成该物质的分子运动越剧烈。

热的传递必须是物质与物质的直接接触,比如80℃的热水放置一段时间会变成温水甚至是凉水,这取决于周围环境的温度。

在这个模型中,热水的表面直接与25℃的空气分子接触。热水分子的运动相对于空气分子更加剧烈,其动能更大。动能大的水分子和动能小的空气分子不断碰撞,导致水分子动能不断降低。与此同时,与热水直接接触的空气分子动能最先提高,这些动能先提高的水分子再去碰撞外围的空气分子,动能就这样不断传递下去,直到水温和空气温度动态平衡为止。

在这个模型中,水温的下降就是热量的传递,而参与热量传递的是水分子和空气分子的动能交换。

我们可以得出一个显著的结论:热的传递必须通过物质动能(动量)的交换来完成。

也就是说,没有物质是无法传递热量的。

我们再设想一个模型:如果把这杯80℃的热水放在宇宙深空中,不考虑宇宙射线的影响。

那么热水分子的动能会一直保持不变,因为周围没有其他物质可以与其交换动能。顶多水分子的密度被真空无限稀释,但是单个空气分子之间的动能是相差无几的。

所以真空无法传递热量。

为什么太阳光可以穿越真空而温暖地球?

前面已经明确地说了:热量的交换需要物质参与。

但是光子不同与水分子,光子可以在真空运动下去,直到找到可以吸收其能量的物质为止。

太阳发出的光子经过8分钟的飞行来到地球大气层,当光子接触到空气分子的那一刻会被吸收,导致空气分子能量增加,则会表现出更加剧烈的运动,而更加剧烈的运动在宏观上就是更高的温度。

普通物质之所以不能在真空中传递热量是由于它们只能与就近物质交换能量,一旦被孤立与真空中,则无法主动找到与其交换能量的物质。

而光本身就是能量,光在宇宙中以光速前进,直到撞到物质被吸收为止,否则绝对不会停下来,所以说光是一种“主动”寻找被吸收对象的物质。


科学认识论


首先,要认清热量的本质是原子的运动,而热量变化时只有电磁力发生改变其它三种基本力不变,说明热量的本质就是电磁力的变化。

其次,电磁力传递有两种方式:一种是带电磁力的物质粒子间直接接触(热传导与热对流)。另一种是由光子携带电磁力间接传递(热辐射)。

最后,因为光子没有质量只受电磁力影响,所以光子在真空中没有与粒子交换能量,光子的电磁力就能很好的传递到由带电粒子组成的地球。


呀搏啦汗穷丝


看了那么多答复,许多人也说不清楚为神马。其实简单,只要明白几个道理即可,其一,能量守恒定律,其二,E=mc^2,著名的质能公式。

说白了就是其一粒子动能传递给了地球的粒子,其二,质量可以转化为能量。地球在以太阳这个巨大辐射体为中心运行时候,也在接受其粒子的“轰击”,包括光子、β,阿尔法,伽马粒子等。这些高速粒子在轰击物体的时候,一则会将动能转为热能,二则造成电子跃迁释放出热能,三则甚至发生核子反应。所以地球是在被太阳辐射“加热”的!至于真空吗,大家知道真空是空无一物的,所以不会被轰击到什么,所以无法被辐射“加热”!。

至于你说的“真空不导热”,纯粹是“虾扯蛋”式的前置判断。


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