在完美的真空中，唯一的传热方式是热辐射。与传导或对流不同，传导或对流需要物质的存在才能传递热能，而辐射以电磁波的形式传递热量，电磁波可以穿过空旷的空间。
虽然传导和对流依赖于粒子相互作用，但真空的定义是缺乏粒子。这使得热辐射——以电磁波形式发射能量——成为热量穿过虚空的唯一可能机制。
为什么传导和对流在真空中会失效
要理解为什么辐射是唯一的答案，首先了解为什么其他两种传热方法在真空中是不可能的至关重要。
粒子在传导中的作用
传导是通过直接接触传递热量。在固体中，它是晶格中原子的振动；在流体中，它是分子之间的碰撞。
如果没有粒子相互碰撞或振动，就没有介质可以发生传导传热。真空，就其性质而言，消除了这种途径。
对流对流体的要求
对流是通过流体（液体或气体）的整体运动传递热量。较暖、密度较小的流体部分上升，而较冷、密度较大的部分下沉，形成循环热量的电流。
由于真空不包含流体，因此无法产生对流电流。因此，这种传热模式完全不存在。
热辐射的工作原理
辐射从根本上是不同的。它不依赖物质将能量从一个地方传递到另一个地方。
热量以电磁波的形式存在
每个温度高于绝对零度（-273.15°C 或 0K）的物体都以电磁辐射的形式发射热能。对于我们遇到的大多数物体，这种辐射主要在红外光谱中，肉眼不可见，但可以感觉到热量。
无需介质
就像太阳光穿过太空真空到达地球一样，热辐射在真空中畅通无阻地传播。能量由波本身携带。当这些波撞击另一个物体时，能量被吸收，导致物体的粒子振动得更快，我们将其测量为温度升高。
表面性质的重要性
辐射传热的速率受物体表面的影响很大。关键属性是发射率，衡量表面发射热辐射的有效性，范围从 0 到 1。
哑光黑色表面具有高发射率（接近 1），这意味着它在辐射和吸收热量方面都非常有效。闪亮、抛光的银色表面具有非常低的发射率（接近 0），使其成为不良的辐射体和不良的吸收体（良好的反射体）。
理解实际意义
这个原理不仅仅是理论上的；它决定了许多关键技术的设计。
日常真空保温瓶（热水瓶）
真空保温瓶就是一个完美的例子。它由两层壁组成，中间是真空。
- 真空阻止了传导和对流传热。
- 壁涂有反射性金属层（低发射率）以阻止辐射传热。
这种三管齐下的防传热措施使热液体保持热，冷液体保持冷。
现实世界中的“不完美”真空
在实际应用中，例如工业真空炉或科学腔室，“完美”真空是无法实现的。总会有一些残余气体分子。
在这些部分真空中，仍然会发生微量的传导和对流。然而，特别是在辐射更强的高温下，这些影响通常可以忽略不计。辐射仍然是主要的，而且通常是唯一重要的传热模式。
航天器热管理
在近乎完美的太空真空中，辐射是航天器释放其电子设备产生的热量或吸收太阳热量的唯一方式。工程师使用专门的高发射率散热器（用于散热）和高反射性多层绝缘材料（用于阻挡太阳辐射）。
为您的目标做出正确选择
在真空环境中控制传热归结为通过仔细选择表面材料和饰面来管理辐射。
- 如果您的主要重点是绝缘（阻挡热量）：使用具有低发射率的高反射表面，例如抛光金属或特定涂层，以最大程度地减少辐射热的吸收和发射。
- 如果您的主要重点是加热物体：使用高发射率表面，例如哑光黑色涂层，以确保物体有效吸收传入的辐射能量。
- 如果您的主要重点是冷却物体：使用高发射率表面，使物体能够尽可能有效地将其内部热量辐射到周围环境中。
掌握热辐射的特性是在任何真空环境中控制温度的关键。
总结表：
| 传热方式 | 在真空中可能吗？ | 原因 |
|---|---|---|
| 传导 | 否 | 需要粒子/物质之间的直接接触。 |
| 对流 | 否 | 需要流体（液体或气体）循环。 |
| 辐射 | 是 | 以电磁波形式传递能量，无需介质。 |
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