为什么对流和传导在真空中无法发生？物质在热传递中的关键作用

简而言之，传导和对流在理想的真空中是不可能的，因为它们从根本上需要一种介质——物质粒子——来传递热能。传导通过直接的粒子间振动来传递热量，而对流通过流体的整体运动来传递热量。由于真空的定义是缺少物质的空间，因此没有粒子可以振动或流动。

热量有三种传递方式，但只有一种可以在真空中进行。传导和对流就像必须在物理道路（物质）上奔跑的信使，而辐射则像不需要任何道路即可穿过空旷空气的无线电信号。

物质在热传递中的作用

热量就是热能的传递，它总是从较热的物体传递到较冷的物体。然而，具体的传递方式完全取决于物体之间的环境。

传导是通过直接接触来传递热能。在原子层面，较热物体的粒子比较冷物体的粒子振动得更剧烈。

当这些物体接触时，热物体中振动较快的粒子会与冷物体中振动较慢的粒子发生碰撞。这种碰撞会传递动能，使较冷的粒子加速（变热），使较热的粒子减速（变冷）。

想象一排多米诺骨牌。推倒第一张骨牌（增加能量）会引起连锁反应，将能量沿着这条线传递下去。

真空是一个没有多米诺骨牌的空间。没有相邻的粒子可以相互碰撞。如果没有介质来传播这些振动，能量传递的链条甚至在开始之前就被打断了。

这个原理是真空保温瓶的基础。内壁和外壁之间的真空层极大地减少了通过传导和对流的热量传递。

对流是通过流体（液体或气体）的整体运动来传递热量。这个过程以循环的方式发生。

当流体被加热时，其粒子获得能量，移动得更快，并扩散开来，导致流体密度降低。这种密度较低的较热流体上升。上方较冷、密度较大的流体下沉取而代之，被加热后也上升。这种循环被称为对流。

一锅开水就是一个完美的例子：热水从底部上升，而顶部较冷的水下沉被加热。

对流完全依赖于存在可以移动并携带热能的流体。真空不含液体或气体。没有流体，就没有东西可以形成对流，这种热传递方式就不可能发生。

这就引出了一个关键问题：如果太阳和地球之间的空间是近乎完美的真空，太阳的热量是如何到达我们的？答案是第三种热传递方式：热辐射。

与传导和对流不同，辐射不需要介质。它以电磁波（主要在红外光谱中）的形式传递能量。

任何温度高于绝对零度的物体都会发射这些波。物体越热，辐射的能量就越多。这些波穿过空间，直到被另一个物体吸收，从而传递其能量并使其升温。

这就是为什么你可以从远处感受到篝火的温暖，即使你之间的空气可能很凉。火焰的红外辐射直接传到你身上。

区分理论上的理想真空和我们可以创造或观察到的真空非常重要。

“理想”真空——一个不含任何原子或粒子的空间——是一个理论概念。即使是星际空间广阔的虚无中，每立方米也含有几颗氢原子。

在人造真空中，例如在保温瓶或实验室腔室中，仍然存在一些杂散粒子。这意味着仍然可能发生微小且通常可以忽略不计的传导。然而，由于粒子相距甚远，传递效率极低，在大多数实际应用中被认为是不存在的。

理解每种热传递形式所需的介质是控制工程和日常生活中热传递的关键。

如果您的主要关注点是绝缘（例如在保温瓶中）： 您的目标是阻止所有三种传递方式。真空层可以阻止传导和对流，而反射内涂层（如镀银）可以最大限度地减少来自辐射的热量损失或增益。
如果您的主要关注点是加热房间： 您正在使用对流。散热器加热其附近的空气，然后空气上升并在房间内循环以散布热量。
如果您的主要关注点是理解空间： 您必须认识到辐射是能量穿过空间真空的唯一方式，这也是恒星加热行星的方式。

最终，热量是否可以传递，完全取决于是否存在能量可以遵循的物理路径。