在没有物质的情况下，热量传递完全通过一种称为热辐射的过程发生。与需要物理介质来传递能量的传导或对流不同，辐射通过电磁波来传递能量。这正是太阳的热量穿过浩瀚的太空真空到达地球的方式。
虽然我们直觉上认为热量是通过接触（传导）或流体运动（对流）来传递的，但真空消除了这些途径。这只剩下热辐射——通过不可见光传递能量——作为热量在物体之间移动的唯一机制。
为什么传导和对流会停止
对介质的需求
传导是通过直接分子接触来传递热量。想象一个热的锅柄；热量沿着金属从一个分子传递到下一个分子。
对流是通过流体（气体或液体）的运动来传递热量。例如，对流烤箱使用风扇循环热空气，热空气然后将其热量传递给食物。
真空的定义特征
这两种方法都根本上依赖于原子和分子的存在来携带能量。真空，根据定义，是一个几乎没有物质的空间。
没有介质，就没有分子可以相互振动（用于传导）或形成电流（用于对流）。这两种过程根本不可能发生。
理解热辐射
热作为电磁波
任何温度高于绝对零度（-273.15°C 或 0K）的物体都在不断地以电磁波的形式发射能量。这就是热辐射。
对于我们遇到的大多数物体来说，这种辐射主要在光谱的红外部分，人眼看不见，但可以感觉到热量。
辐射传递中的关键因素
通过辐射的热传递速率由两个主要因素控制：温度和表面特性。
较热的物体比较冷的物体辐射更多的能量。此外，一个暗淡、无光泽的黑色表面比一个有光泽、反光的表面能更有效地辐射和吸收热量。
终极例子：太阳
太阳和地球之间的太空真空大约是 1.5 亿公里。在这个距离上，传导和对流是不可能的。
太阳巨大的能量完全以辐射的形式到达我们，证明了这种热传递机制的力量。
理解实际的权衡
绝缘的力量：保温瓶
保温瓶是这一原理的完美现实应用。它由两个由真空隔开的壁组成。
这个真空层几乎完全阻止了通过传导和对流的热传递。内壁也镀银（有光泽和反光），以最大限度地减少来自辐射的热损失或增益，从而使您的饮料数小时保持热或冷。
太空冷却的挑战
散去热量是航天器和卫星面临的一个关键工程挑战。由于没有空气可以带走热量，它们不能使用风扇进行冷却。
相反，它们必须依靠称为散热器的大型面板。这些面板设计有高发射率的表面，以便有效地将废热辐射到寒冷的太空真空中。这些散热器的尺寸和效率通常是航天器设计的限制因素。
更慢，但不可避免
在许多基于地球的工业过程中，强制对流（使用风扇或泵）比单独依靠辐射是加热或冷却物体的快得多的方法。
然而，辐射始终存在。即使在充满空气的房间里，一个热物体仍在向周围较冷的物体辐射热量，除了通过对流加热空气之外。
将其应用于您的目标
了解热量在真空中的行为是设计有效热系统的关键。您的策略将完全取决于您是想容纳热量还是传递热量。
- 如果您的主要重点是绝缘（防止热传递）：您的目标是使用低发射率的表面（例如有光泽、反光的材料）来最大限度地减少辐射。
- 如果您主要关注在真空中加热或冷却物体：您的目标是通过使用高发射率的表面（例如无光泽、深色材料）并增加物体的表面积来最大限度地提高辐射。
掌握这一单一的辐射传递原理是设计从简单的保温瓶到深空卫星的工程基础。
总结表：
| 传热方式 | 机制 | 需要介质吗？ |
|---|---|---|
| 传导 | 通过直接分子接触传递 | 是 |
| 对流 | 通过流体（气体/液体）运动传递 | 是 |
| 热辐射 | 通过电磁波传递 | 否（真空下有效） |
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