 而且我們可能會(huì)想：太陽的表面溫度高達(dá)5500攝氏度，連地球都被曬熱了，那為什么日地之間還這么冷？要弄明白這個(gè)問題需要搞清楚以下概念。 首先我們要從溫度的本質(zhì)開始說起。 從宏觀上來講，我們對(duì)溫度最直觀的表達(dá)就是，表示物體的冷熱程度，但從科學(xué)上來講，冷和熱都是相對(duì)的，存在一定的主觀性。所以我們要從微觀上來討論。  溫度是由物體分子熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的，當(dāng)分子熱運(yùn)動(dòng)的程度越劇烈，物體的溫度也就越高。所以我們通常講：溫度是物體分子間平均動(dòng)能的表現(xiàn)。 所以我們可以總結(jié)出：溫度是物質(zhì)的，如果沒有物質(zhì)的存在也就沒有溫度可言。 而太空是什么情況呢？通過簡單的計(jì)算可以得到，宇宙的平均密度在0.9*10^-29g/cm。換算下來大概就是：一立方米的空間內(nèi)只有一個(gè)原子。由此可見，太空是多么的空曠，而單個(gè)或多個(gè)粒子是不存在溫度的，所以太空的溫度才會(huì)如此的低。  為什么太空的溫度不是絕對(duì)零度？ 宇宙微波背景輻射的溫度來自于宇宙大爆炸，138億年前，宇宙由一個(gè)溫度極高的奇點(diǎn)大爆炸之后，開始迅速膨脹，溫度也隨之降低，現(xiàn)在科學(xué)家所測得的2.7k的溫度，正是宇宙大爆炸后產(chǎn)生的余溫。 在絕對(duì)零度下，粒子的動(dòng)能和勢能都會(huì)降到了零，包括內(nèi)能也為零，不與外界發(fā)生任何能量轉(zhuǎn)化，包括連電子都停止了運(yùn)動(dòng)。學(xué)過物理的應(yīng)該都知道，粒子在永不停歇地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，這就說明了粒子永遠(yuǎn)不會(huì)停止運(yùn)動(dòng)，這就意味著絕對(duì)零度只是一個(gè)理想值，現(xiàn)實(shí)中是無法達(dá)到的。 所以太空的溫度也不可能是絕對(duì)零度。但是僅比絕對(duì)零度高了2.7k，也足以說明太空中是非常寒冷的。 那么太陽的溫度是從哪里來的？ 太陽屬于恒星，而恒星通常都占據(jù)所在恒星系的大部分質(zhì)量，在太陽內(nèi)部巨大的壓力下，幾乎所有的粒子的電子都會(huì)脫離原子核的束縛，成為一鍋魚龍混雜的粒子粥，我們把這種狀態(tài)叫做等離子態(tài)。 有了高溫高壓的反應(yīng)條件，再得益于量子隧穿效應(yīng)的存在，氫原子核之間就會(huì)發(fā)生核聚變反應(yīng)，生成氦原子核并放出巨大的能量。  這個(gè)原理和氫彈爆炸是一樣的，但太陽卻沒有一下子全炸掉，是因?yàn)楫?dāng)核聚變變得越來越劇烈，自身巨大的引力不足以抵抗核聚變產(chǎn)生的對(duì)外膨脹的壓力時(shí)，由于外部壓力的不足，就會(huì)間接減緩核聚變的程度。 當(dāng)核聚變減緩到一定程度的時(shí)候，在自身巨大引力的作用下，又會(huì)增加太陽內(nèi)部的溫度和壓力，如此循環(huán)，太陽會(huì)達(dá)到一個(gè)平衡狀態(tài)：體積既不膨脹也不收縮。  這才使得太陽能夠不斷地進(jìn)行緩慢的核聚變。據(jù)估計(jì)，太陽可以持續(xù)進(jìn)行這個(gè)過程長達(dá)100億年，而現(xiàn)在已經(jīng)過去了46億年。 太陽的熱量又是如何傳到地球上的呢？ 關(guān)于熱量的傳遞一共有三種方式，分別是熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。 熱傳導(dǎo) 其本質(zhì)是分子之間相互傳遞動(dòng)能，是介質(zhì)內(nèi)無宏觀運(yùn)動(dòng)的傳熱現(xiàn)象，可以在液態(tài)，固態(tài)，氣態(tài)之間發(fā)生，不過嚴(yán)格的來說發(fā)生在固態(tài)中才是純粹的熱傳導(dǎo)。 通俗來說，熱傳導(dǎo)就是不同材料通過直接的接觸而進(jìn)行的熱量傳遞，即高溫?zé)嵩磁c低溫?zé)嵩粗苯咏佑|傳熱。這種情況是最常見的，比如在鍛造鐵具的時(shí)候，燒紅的鐵塊浸在水中降溫，這種傳熱方式就是熱傳導(dǎo)。  而熱傳導(dǎo)在真空中是不存在的，因?yàn)檎婵諞]有介質(zhì)。我們經(jīng)常使用的保溫杯就是利用了這一原理，把夾層抽成真空，從而阻止了熱量的傳道，保證了水的熱量不會(huì)過快流失。 熱對(duì)流，是指兩種存在溫差的流體，由于流體的宏觀運(yùn)動(dòng)從而引起各部分之間發(fā)生相對(duì)位移，冷熱流體相互混合而引起的熱量傳遞。 就算不解釋，我們一聽這個(gè)名稱首先應(yīng)該明白是發(fā)生在液體或者氣體中的傳熱方式，簡單一點(diǎn)的理解熱對(duì)流就是通過介質(zhì)的流動(dòng)來傳遞熱量的一種方式。  既然熱對(duì)流也需要介質(zhì)傳播，那自然在真空中也是不存在的。熱對(duì)流和我們的生活也是息息相關(guān)的，比如我們?cè)谥箝_水的時(shí)候，水開始冒泡，但是泡泡還沒浮出水面就因?yàn)樯蠈铀?，密度大，壓?qiáng)大而被重新壓破，水氣重新溶解到水中的時(shí)候，水就是在發(fā)生對(duì)流。 熱輻射 雖然也是傳遞熱量的一種方式，但它和熱傳導(dǎo)、對(duì)流不同。 熱輻射是高溫?zé)嵩匆暂椛浼t外線等形式向低溫?zé)嵩磦鳠幔瑹彷椛渲袃蓚€(gè)熱源不直接接觸，是遠(yuǎn)距離傳熱的主要方式，而且這種熱傳遞方式可以不需要介質(zhì)，可以在真空中傳播。 一般來說熱輻射就是一種物體用電磁輻射的形式把熱能向外散發(fā)的熱傳方式，溫度越高，輻射就越強(qiáng)。熱輻射是使地球變暖的方式，比如太陽的熱量就是以熱輻射的形式，經(jīng)過太空再傳給地球的，使地球變暖。  說到這里我們應(yīng)該都明白的差不多了，正是因?yàn)樘帐钦婵盏?，沒有介質(zhì)，所以太陽根本無法把空曠的太空曬熱，而地球上有足夠多的粒子，太陽輻射遇到地球才會(huì)轉(zhuǎn)化成粒子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能。這也正印證了之前所說的：溫度是物質(zhì)的。 而且如果我們真的拿一支溫度計(jì)到太空測量，發(fā)現(xiàn)根本不會(huì)出現(xiàn)示數(shù)。因?yàn)樘罩袥]有物質(zhì)，所以也就不會(huì)有溫度。  回到題目中，為什么國際空間站會(huì)擔(dān)心艙內(nèi)過熱，而增加散熱呢？ 了解了溫度的本質(zhì)和熱量傳遞的基本方式之后，這個(gè)問題也就可以迎刃而解了。 我們?cè)賮砗唵侮U述一下，因?yàn)樘帐钦婵盏?，沒有熱傳遞的介質(zhì)，所以在太空中的空間站只能通過熱輻射的方式來損失熱量，而熱輻射的過程十分緩慢，根本比不上空間站那么多設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生熱量的速度快，時(shí)間一長，空間站上就會(huì)聚集大量的熱量，導(dǎo)致人們無法承受，所以要空間站需要增加散熱。  最后我們來總結(jié)一下： 溫度的本質(zhì)是分子的熱運(yùn)動(dòng)，沒有物質(zhì)也就沒有溫度。 熱量的傳遞有三種方式，其中熱傳導(dǎo)和熱對(duì)流都需要介質(zhì)，熱輻射則不需要，但效率也最低。 宇宙空間是十分空曠的，沒有熱傳遞和熱對(duì)流的介質(zhì)，熱量只能通過緩慢的熱輻射進(jìn)行傳遞，所以空間站要增加散熱，防止設(shè)備工作所產(chǎn)生的熱量大量聚集在空間站內(nèi)。 |
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