本质上，真空通过从根本上改变热量传递方式而成为强大的绝缘体。它几乎消除了通过对流进行的热传递，并大大减少了传导，使得热辐射成为热量穿过空隙的主要方式。
真空并不能完全阻止热量；它改变了规则。通过移除物理携带热量的空气或其他分子，它迫使能量以电磁波（辐射）的形式传播，为您提供了用于绝缘或受控加热的强大工具。
热传递的三种途径
要理解真空的影响，您必须首先了解热量从较热区域传递到较冷区域的三种方式。
传导：通过直接接触传递热量
传导是通过直接接触传递热量。当您触摸热锅时，热量通过传导传递到您的手上。
较热材料中的原子快速振动，撞击较冷材料中的原子并传递它们的能量，就像多米诺骨牌倒下的连锁反应一样。
对流：通过流体运动传递热量
对流是通过流体（液体或气体）运动传递热量。当较热、密度较小的流体上升，而较冷、密度较大的流体下沉时，就会产生对流。
想想烧开水或散热器加热房间的方式。散热器附近的空气变热，上升并循环，散布温暖。
辐射：通过电磁波传递热量
辐射是通过电磁波（主要是红外辐射）传递热量。与传导和对流不同，它不需要介质即可传播。
这就是太阳的热量如何穿过太空真空到达地球，或者您如何从远处感受到篝火的热量。
真空如何阻碍热传递
真空是没有物质的空间。通过从空气等气体中去除原子和分子，您从根本上阻断了热传递的三种途径中的两种。
它消除了对流
这是最重要的影响。对流完全依赖于流体介质的运动。通过从腔室中去除空气，您就移除了介质。
没有气体或液体形成对流，对流热传递就会完全停止。没有任何东西可以移动和携带热量。
它最大限度地减少了传导
真空还严重限制了不接触物体之间的传导。虽然热量仍然可以穿过固体物体进行传导，但它不能轻易地穿过空隙进行传导。
没有空气分子在两个表面之间弹跳并携带热能，这条路径实际上被关闭了。
它将辐射作为主要路径
随着传导和对流被中和，辐射成为热量穿过真空的唯一方式。任何温度高于绝对零度的物体都会辐射热能。
在真空中，这种辐射不受阻碍地从较热的物体传播到较冷的物体，并在那里被吸收。这是真空炉的原理，其中发光的加热元件将热量辐射到工件上，而没有任何气氛干扰。
理解实际意义
这一原理被用于两个相反的目标：保持物体热（或冷）和精确加热物体。
用于绝缘：真空保温瓶
保温瓶或真空保温瓶是真空绝缘的经典例子。它由两层玻璃或钢壁组成，中间是真空。
壁之间的真空阻止了热量通过对流和传导离开（或进入）。表面通常镀银以反射热辐射，从而解决了所有三种热传递模式，并使您的饮料保持初始温度数小时。
用于受控加热：真空炉
在工业热处理中，真空炉用于以极高的控制精度将材料加热到非常高的温度。
去除空气可以防止在正常气氛中发生的氧化和其他化学反应。更重要的是，它确保了加热均匀且可预测，因为它仅通过精确控制的加热元件的辐射进行。
常见陷阱和细微差别
真空是一个强大的工具，但它的局限性也很重要。
“完美”真空不存在
现实世界中的真空只是压力极低的空间。“高”真空比“低”真空具有更少的分子，使其成为更好的绝缘体。然而，总会有一些残余分子允许微量的传导。
通过固体传导是薄弱环节
真空无法阻止热量通过固体材料传导。在真空保温瓶中，唯一重要的热量损失点是瓶颈，内外壁在此处连接，形成了一个固体桥梁，使传导得以发生。
放气会降低效率
当材料置于真空中时，它们会从其表面或内部释放出被困气体，这一过程称为放气。这会稍微增加腔室内的压力，从而随着时间的推移降低真空的绝缘效率。
为您的目标做出正确选择
要应用这些知识，请专注于您需要阻断或利用的传热机制。
- 如果您的主要重点是隔热：使用真空在表面之间建立一个屏障，消除对流和传导热传递，并使用反射涂层最大限度地减少辐射。
- 如果您的主要重点是受控、均匀加热：使用真空去除干扰性大气气体，从而实现纯粹均匀的辐射加热，而没有表面污染的风险。
- 如果您正在设计一个系统：请记住，任何连接真空间隙的固体材料都将成为传导热传递的“高速公路”，并且通常是您绝缘中最薄弱的环节。
通过了解真空选择性地阻断传导和对流，您可以精确控制热量在系统中的行为。
总结表：
| 热传递方式 | 在真空中的效果 | 主要结论 |
|---|---|---|
| 对流 | 消除 | 没有流体介质通过对流携带热量。 |
| 传导 | 大大减少 | 没有空气分子在间隙中传递能量。 |
| 辐射 | 成为主要路径 | 热量以电磁波形式传播，不受阻碍。 |
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