在真空中，热量传递的唯一介质是热辐射。 这个过程不需要任何物理介质，如固体、液体或气体，因为它以电磁波的形式传递能量。最直观的例子是太阳，它通过太空的广阔真空向地球辐射能量来加热地球。
虽然传导和对流等熟悉的概念依赖于粒子的相互作用，但真空根据定义缺乏这些粒子。因此，热量穿过这种空旷区域的唯一方法是通过热辐射，这与光能从恒星传播的过程是相同的基本过程。
热传递的三种模式
为了理解辐射的独特性，快速将其与热传递的其他两种模式进行对比会很有帮助。
传导：粒子间的传递
传导是通过直接物理接触进行的热量传递。想象一下放在一杯热茶中的金属勺子。
热茶中快速移动、高能的粒子与勺子的粒子碰撞，传递它们的能量。这个过程需要介质，并且不能在真空中发生。
对流：流动的电流
对流涉及通过流体（液体或气体）的运动来传递热量。当一部分流体被加热时，它的密度变小并上升，而较冷、密度较大的流体下沉取而代之。
这会产生一个循环电流来分配热量，就像在煮水或对流烤箱中看到的那样。它完全依赖于流体介质的存在。
热辐射在真空中的工作原理
由于真空没有用于传导或对流的粒子，辐射成为唯一可用的机制。
所有物质都会辐射能量
任何温度高于绝对零度（-273.15°C 或 0 开尔文）的物体都会以电磁波的形式不断发射热能。温度越高的物体辐射的能量越多，频率也越高。
这是一种电磁现象
这种“热辐射”是包含无线电波、微波和可见光在内的同一电磁波谱的一部分。我们从火堆或热炉面上感受到的热量大部分是红外辐射。
因为这些是纯能量波，而不是物质的振动，所以它们可以完美地穿过太空的真空。这就是为什么轨道上的卫星一面被太阳加热，而另一面却处于冰冷状态。
当其他模式消失时的主要力量
在真空烧结等工业过程中，会产生接近真空的环境，专门用于消除传导和对流。这确保了热量几乎完全通过辐射从加热元件传递到目标材料，从而可以实现非常精确和均匀的温度控制。
理解实际意义
辐射在真空中的主导地位具有关键的现实意义。
表面特性决定一切
辐射热传递的速率在很大程度上取决于物体的表面特性，这种特性被称为发射率。
哑光、黑色的表面是近乎完美的辐射发射体和吸收体。相比之下，有光泽的反射表面（如真空瓶内部或紧急太空毯）是较差的发射体和吸收体，它们会反射热能。
“视线”限制
与可以围绕障碍物循环热量的对流不同，热辐射沿直线传播。如果一个物体不在热源的直接视线范围内，它就不会通过辐射接收到热量。
这会产生“热阴影”，是航天器热管理到工业真空炉等一切事物中的关键设计考虑因素。
没有完美的真空
在实践中，实现完美的真空是不可能的。总会存在一些残留的气体分子。然而，在“高真空”中，分子数量非常少，以至于传导和对流产生的热传递可以忽略不计，使辐射成为压倒性的主要模式。
将此应用于您的目标
您对热辐射的处理将完全取决于您是想促进还是阻止热量传递。
- 如果您的主要重点是绝缘（例如，在保温瓶或低温学中）： 您的目标是通过使用高反射表面（低发射率）将热能反射回其源头，从而最大限度地减少辐射热传递。
- 如果您的主要重点是加热物体（例如，在太空或真空炉中）： 您的目标是通过使用高发射率的表面并确保热源与物体之间有清晰的视线，从而最大限度地提高热传递。
- 如果您的主要重点是基本理解： 关键区别在于传导和对流需要材料介质，而辐射是通过电磁波进行的纯能量传递。
掌握热辐射原理对于控制任何存在真空的环境中的能量至关重要。
摘要表：
| 热传递模式 | 机制 | 需要介质吗？ | 在真空中有效吗？ |
|---|---|---|---|
| 传导 | 粒子间的接触 | 是 | 否 |
| 对流 | 流体（液体/气体）的运动 | 是 | 否 |
| 辐射 | 电磁波 | 否 | 是 |
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