在真空中，热量几乎完全通过热辐射进行传递。 这是因为传热的另外两种方式——传导和对流——需要物理介质来传递能量。由于真空是缺乏物质的空间，辐射是热量从一个物体传播到另一个物体的唯一可用机制。
真空是对传导和对流的终极绝缘体。因此，其中发生的任何热量传递——无论是加热物体还是对其进行绝缘——都完全受热辐射原理控制，使得表面特性至关重要。
三种传热模式
要理解为什么辐射是真空中唯一有效的方法，快速回顾所有三种传热模式至关重要。
传导：分子传递
传导是通过直接接触进行的热量传递。热的、快速振动的原子和分子撞击其较冷、较慢的邻居，直接传递动能。
这个过程需要物质。在理想的真空中，没有分子发生碰撞，因此传导被完全消除。
对流：流体运动
对流是通过流体（液体或气体）的运动进行的热量传递。被加热的流体密度降低并上升，而较冷、密度较大的流体下沉，形成循环热量的电流。
这个过程也需要介质。没有空气或其他流体可以移动，对流在真空中不会发生。
辐射：无阻碍的波
热辐射是以电磁波（主要在红外光谱中）的形式传递热量。所有温度高于绝对零度的物体都会发射这些波。
与传导和对流不同，辐射不需要任何介质来传播。这就是太阳的热量穿过太空的真空传播 9300 万英里来温暖地球的方式。
辐射在真空中的实际意义
由于辐射是唯一起作用的机制，管理真空中的热量的规则与在正常大气中的规则根本不同。
表面特性至关重要
辐射热传递的速率由物体的温度和一个称为发射率的表面特性决定。
深色、无光泽的表面具有高发射率，这意味着它在发射和吸收辐射方面都非常有效。有光泽、反光的表面发射率低，使其成为不良的发射体和吸收体。这就是为什么紧急太空毯是反光的——以最大限度地减少身体的热辐射损失。
加热是“视线”的
在传统烤箱中，对流有助于热量在物体周围均匀分布。在真空炉中，加热主要是“视线”的。
加热元件将能量直接辐射到它能“看到”的工件表面。阴影区域的加热速度会较慢，需要依靠材料本身的缓慢传导才能达到温度。
温度决定效率
辐射传递的能量量随温度急剧增加（特别是与绝对温度的四次方成正比）。
这使得辐射成为高温下极其有效的加热方法，如真空感应烧结所示。然而，在较低温度下，热传递速率会大大降低，这可能会使加热过程变慢。
理解权衡
仅依赖辐射会带来独特的挑战，而当传导和对流可用时，这些挑战并不存在。
均匀性不足
实现均匀加热可能很困难。如果没有空气来分散热能，工件中任何未直接暴露于辐射源的部分都会在温度上滞后，可能在材料内部产生热应力。
低温下响应较慢
虽然在高温下很强大，但辐射加热在环境温度或低温下启动可能很慢。这是真空冷冻干燥等应用中的一个关键考虑因素，这些应用需要精确而温和的温度控制。
表面污染
表面的发射率会因薄薄的一层氧化或污染而发生巨大变化。一块干净、有光泽的金属可能具有低发射率，但如果它在加热过程中氧化，其发射率会增加，导致它吸收热量的速度快得多，并可能过热。
为您的目标做出正确的选择
您在真空中管理热量的方法完全取决于您的目标是加热某物还是为其绝缘。
- 如果您的主要重点是绝缘（例如，真空保温瓶、低温学）： 您的目标是通过在真空间隙之间使用高反射、低发射率的表面来最大限度地减少辐射热传递。
- 如果您的主要重点是加热（例如，真空炉）： 您必须通过使用高发射率的加热元件并仔细设计几何形状以确保与工件有良好的“视线”接触来最大限度地提高辐射传递。
- 如果您的主要重点是空间应用（例如，卫星）： 您必须通过使用散热器（高发射率表面）将废热辐射到太空中，并使用反射涂层（低发射率表面）来阻挡传入的太阳辐射，从而主动管理热量。
最终，掌握真空中的热量传递就是掌握对热辐射的控制。
摘要表：
| 传热模式 | 机制 | 在真空中可能吗？ | 关键因素 |
|---|---|---|---|
| 传导 | 直接分子接触 | 否 | 需要物理介质 |
| 对流 | 流体（空气/液体）的运动 | 否 | 需要流体介质 |
| 辐射 | 电磁波（红外线） | 是 | 取决于表面发射率和温度 |
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