传导和对流都是需要介质的热传递形式。这些过程依赖于粒子间的相互作用或流体的整体运动，将热能从一个地方转移到另一个地方。相比之下，热辐射可以通过太空的真空来传递热量，因为它以电磁波的形式传播。
热传递方法的基本区别不仅仅是介质的存在，而是该介质如何参与。传导利用分子碰撞，对流利用流体运动，而辐射则完全绕过了介质。
理解通过介质的热传递
要理解为什么有些方法需要介质，我们必须研究它们的物理机制。传导和对流都与物质的行为有着根本的联系。
传导：分子多米诺骨牌效应
传导是通过直接接触进行的热传递。当能量较高的粒子振动并与能量较低的邻近粒子碰撞时，就会发生传导，从而传递动能。
这个过程就像一排多米诺骨牌。第一张骨牌不会传到队伍的尽头；它只是倒下并将能量传递给下一张，从而产生连锁反应。
传导可以在固体、液体和气体中发生，但在粒子紧密堆积的固体（如金属）中最为有效。
对流：加热流体的运动
对流是通过流体（液体或气体）的整体运动进行的热传递。当流体的一部分被加热时，它会膨胀，密度降低并上升。
较冷、密度较大的流体然后下沉取而代之，被加热，然后上升。这种持续的循环被称为对流，它将热量分布到整个流体中。
一个典型的例子是一锅开水。底部的水通过来自炉灶的传导被加热，然后通过对流上升，将热量传递给水的其余部分。
例外情况：无需介质的热传递
第三种热传递方法遵循完全不同的原理，使其能够在其他方法无法奏效的地方工作。
辐射：作为电磁波的热量
热辐射以电磁波（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热辐射。
与传导或对流不同，这些波不需要任何物质来传播。它们可以穿过真空的空旷地带。
这就是太阳能如何穿过 9300 万英里的太空真空来温暖地球。这也是你从远处感受到的来自燃烧的篝火或热电炉的热量。
理解权衡和背景
对介质的需求对绝缘、加热和工程设计具有重要的现实意义。
介质如何决定效率
介质的类型极大地影响热传递的速率。对于传导而言，像金属这样的致密材料是极好的导体，而像木头或泡沫这样的材料是差的导体，使它们成为良好的绝缘体。
对于对流而言，流体的粘度和热特性决定了电流形成和传递热量的效率。这就是为什么强制通风供暖系统（使用风扇强制对流）比被动散热器更快地加热房间。
真空作为绝缘体的作用
由于传导和对流需要介质，因此真空是抵抗它们的完美绝缘体。通过去除粒子，你就消除了传递的机制。
这就是保温瓶或双层玻璃窗背后的原理。内壁和外壁之间的真空层几乎消除了通过传导和对流的热传递，使内容物保持热或冷。
所有三种情况同时发生时
在大多数现实世界的情况下，所有三种热传递模式都是同时发生的。以篝火为例：
- 辐射是你站在火堆旁时脸上感受到的热量。
- 对流是火焰上方上升的热空气和烟雾。
- 传导是热量沿着你留在煤堆中的金属拨火棍上传导的热量。
根据您的目标做出正确的选择
了解这些机制可以让你根据你的具体目标来控制热流。
- 如果你的主要重点是绝缘： 你的目标是阻止传导和对流，这就是为什么真空或容纳空气的材料（不良导体）如此有效。
- 如果你的主要重点是快速加热流体： 对流是你最强大的工具，因为它利用介质本身的运动来有效分配热量。
- 如果你的主要重点是无接触地将热量传递到远处： 辐射是你的唯一选择，因为它不依赖于物理介质。
掌握每种方法如何使用或绕过介质是设计任何有效热系统的关键。
摘要表：
| 热传递方法 | 需要介质吗？ | 机制 |
|---|---|---|
| 传导 | 是 | 直接的分子碰撞和能量传递。 |
| 对流 | 是 | 加热流体（液体或气体）的整体运动。 |
| 辐射 | 否 | 通过电磁波（例如红外线）进行传递。 |
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