太空中的温度为零下270摄氏度,为什么空间站反而要增加散热?

综述

对于普通人来说,宇航员进入太空当然是一件非常令它们激动的事情,但是因为对那里没有太多了解,所以只能根据自己在地球上的生活经验来做出一些判断。

比如当我们知道宇航服差不多有一两百斤之后,会觉得这个重量不仅会限制他们的正常活动,甚至应该说是寸步难行,实际上这个重量感受在月球上是完全不一样的,再比如我们知道太空的温度可以达到零下270多度,但是空间站反而要增加散热,这岂不是雪上加霜吗?但真的是这样吗?

太空中的温度为零下270摄氏度,为什么空间站反而要增加散热?

温度与绝对零度

首先来回顾一下温度是如何产生的,准确地来说,温度不是某种结果,而是一种表现,它是物质运动所呈现出来的一个特征温度的高低就是物质运动的快与慢造成的,在其它条件相同的前提下,物质运动的速度越快,温度就越高,反之,运动得越慢,温度也就越低。

我们在家里烧水的时候很明显能够看到这一点,烧开的水会不停向外冒热气,这其实就是水分子在剧烈地活动,而结冰的水基本上已经完全不再运动,也就进入了低温的状态。

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温度是物质运动过程中所表现出来的性质,在这个定义当中,我们需要注意到的不仅是温度和运动速度之间的关系,还要注意一个容易被忽视的条件,那就是作为载体的物质本身。

在物质普遍存在的地球上,我们当然很少会去注意到这一点,但是一旦离开这里,进入到物质稀少的宇宙空间之后,它就会成为一个显著的影响因子,没有物质,就没有运动,也就更谈不上什么温度了这也是为什么太空的温度可以低至零下两百多摄氏度的原因。

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我们都知道有一个概念叫作绝对零度,描述的是物质在绝对静止的情况下所呈现的温度,也就是把运动速度的值取作0,由此推算出理论上的宇宙最低温度,也就是零下273.15摄氏度,相对的,宇宙最高温度代入的就是光在真空中的传播速度。

当然,如果以后发现了比光的运动速度还要快的物质,这个最高温度还有可能改变,但是最低温度是不会在改变的,因为物质运动的速度不会再低于0了。

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但是我们知道,在真实的宇宙当中,绝对静止状态是不存在的,所以我们实际监测到的最低温度也没有达到零下273.15摄氏度,而只有零下270度

因为不管太空中的物质如何少,运动速度如何低,它们仍然处在整个宇宙系统当中,而这个系统始终在发生着运动,也许是膨胀,也许是收缩,但就是不会绝对静止,所以绝对零度其实是我们无法实际捕捉的一个数字。

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热量的传递

没有物质,就没有温度,但有人也会说,我们毕竟生活在太阳系,无论如何,还有太阳释放的热量可以作为补充,比如地球之所以能够成为孕育生命的摇篮,其实就跟太阳分不开,没有它带来的光和热,这里恐怕也和其它的宇宙角落一样,黑暗又阴冷。

在地球春暖花开的时候,为什么就在地球外不远的太空里却是完全不同的一幅景象呢?

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这里就要解释另外一个和温度相关的问题了,也就是热量的传递方式。我们说物质因为运动才产生热量,表现出温度,这讲的是热量的诞生,但是作为一种能量形式,热量要想去到其他地方也是需要一个过程的,这个过程主要包括三种形式,热传导、热辐射和热对流。

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热传导从字面上就很好理解,就是热量通过某种物质从一个地方导向另一个地方的过程,所谓水往低处走,热量也一样,它永远只能是从热量高的区域传导到热量低的区域

具体方式依据这些物质本身的性质不同而各有差别,如果是气体,那么热传导就是这些气态分子之间的中和,靠的就是一些没有规律的碰撞和接触。

但是严格来说,热传导主要还是固体的传热方式,因为在气态和液态物质当中还包含了其它的内容,也就是热对流

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所谓的热对流,描述的就是特定的一部分物质的位移现象,尤其是在流体物质当中,这个位移能够在很短的时间内将热量传递到低温区域,从而达到一种中和的效果。

最后一种叫作热辐射,应该说,它在这三种形式当中是最特殊的了,因为它不像前两个一样,需要物质和物质之间的直接接触,热辐射能够在没有中介的情况下,把热量传给距离自己很远的对象。

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它的原理就是电磁辐射,只要热源足够强大,这个热传递的最终效果就不会差,这也是地球接收太阳热量的方式。

回到我们一开始的问题,宇航员之所以身处寒冷的太空中,却还要给空间站散热,就是因为这些热量很难进入到真空环境中,除非本身的热辐射够强,否则还是需要以物质作为中介才能实现高效的热传递的,增加散热就是为了提高这个效率,避免热量聚集影响正常的作业。

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结语

直观上看,我们很难理解这种矛盾的情景,在火热的太阳和温暖的地球之间,竟然是一片寒冷的空间,来自太阳的热辐射虽然足以养活地球,但是要满足偌大的宇宙还是差了很多,真算是一个有趣的奇观了。

太空中的温度为零下270摄氏度,为什么空间站反而要增加散热?

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页面更新:2024-03-04

标签:零下   热辐射   温度   热传导   绝对零度   空间站   摄氏度   热量   宇宙   物质   地球   速度

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