當前位置: 華文世界 > 科學

物理教科書將被覆寫,科學家發現了一種前所未有的熱傳遞方式

2024-02-22科學

前言:

熱量傳遞也就是熱傳遞,在我們的日常生活中是十分常見的,無論是用火煮水,還是喝熱飲的時候嘴巴都會被燙到,只不過很多人都沒有仔細去思考過它的本質,只是覺得這是一種很自然的現象。

不過在過去的這段時間裏,一些科研人員卻對熱傳遞進行了深入的研究,他們發現了一種前所未有的熱傳遞方式,這個研究成果可以被用於許多領域當中,甚至還有一些人提出了,我們的物理教科書也應該被重新覆寫,那麽這一研究究竟是什麽呢?它又有著怎樣的套用前景呢?

一、「熱」這一很重要的概念。

作為一種能量,熱在我們的生活當中無處不在,它可以轉移到任何物體上,而這種轉移的過程就被稱為熱傳遞,透過它我們可以感受到溫度的變化,熱傳遞的存在也使得我們的生活變得更加豐富多彩。

正因為熱傳遞在我們的生活中非常常見,所以人們也在很早的時候就開始對它進行研究,上千年前,人們就已經嘗試著去創造能夠更好保溫的材料,而在18世紀初,英國科學家黑格(William Hamilton)還發現了一個與熱傳遞相關的重要定律。

這條定律就是黑格定律,透過它,人們知道了熱的傳遞是有方向性的,並且在黑格的觀察中他還發現了,冷物體接觸到熱物體後,它們的溫度往往都會產生變化,這也就是溫度差,只要存在溫度差,就必定會有熱傳遞。

所以說,在最基本的層面上,只要有溫度不同的物體存在在一起,它們的熱量傳遞就是必不可少的,當溫度很高或者很低的兩個物體接觸時,熱傳遞的速度就會變得很快,而溫度相同的物體之間幾乎不會有熱量傳遞,這一點也為我們的生活提供了便利。

尤其是在古代,人們對這一現象十分熟悉,所以在冬天時,人們會將手放在一個地方用來取暖,這樣溫度更高的地方就能夠向手部傳遞熱。而在炎熱的夏天,人們則會用一些冷的物體來敷在身上,以此來降低自己的體溫,溫度較低的物體也會向人體傳遞熱量。

熱的傳遞方式。

盡管熱傳遞在我們的生活中非常常見,但是我們卻很少意識到,熱量的傳遞方式其實非常多,它的存在不僅僅是讓我們感受到物體的溫度的變化這麽簡單,而是對我們的物理學和化學學科產生了很大的影響。

到目前為止,人們已經發現了三種最基本的熱傳遞方式,它們分別是熱傳導、熱放射線和熱對流,每一種方式都有著各自獨特的特點,在不同的情況下它們也可能會同時存在,而這也為熱量的傳遞提供了更多樣的可能性。

熱傳導是最為常見的一種熱傳遞方式,它通常發生在固體物體中,透過熱傳導,熱量會在物體內部傳遞,並且這種傳遞是從高溫物體到低溫物體的,也就是說只要溫度較高的地方與溫度較低的地方之間存在接觸,熱量的傳遞就會不可避免的發生。

金屬在這方面可以說是最為突出的存在,因為它的傳導能力相對來說要比其它物質更好,所以有些人用金屬制成的餐具就會感覺特別地冷。

而在熱傳導過程中,物體的材質也是一個很重要的因素,不同的物質具有不同的傳導能力,可以透過它來判斷出它的熱導率。

當然,並不是所有的物體都只能透過這一種方式來傳遞熱量,在我們的生活當中還有空氣、水等流體物質存在,它們都可以透過熱對流來進行熱傳遞。

與熱傳導不同的是,熱對流是一種由流體的本身特性引起的熱傳遞方式,通常在流體中,它的溫度越高,密度就會越小,這樣一來,高溫的流體就會向著低溫流體的方向移動,從而實作熱傳遞。

而對流運動本身也會帶著熱量一起移動,所以這對物體來說也是一種很好的散熱方式,在我們的生活中,這種現象尤其明顯,當我們煮水的時候,水底部的溫度要比水面溫度要高,所以只要水底的溫度達到了100攝氏度,水分子就會蒸發成為水蒸氣,這樣一來就會形成一個對流運動,從而使水中的熱量能夠更快速地散發出去。

而最後一種熱放射線,則是一種不需要介質的熱傳遞方式,只要物體本身有溫度,它就可以釋放出熱放射線。這一點在我們的日常生活中也很常見,就拿太陽來說,它雖然處於很遠的地方,但它的光線和熱放射線卻能夠照射到地球上,這都是因為太陽的溫度非常高,所以它能夠釋放出很強的熱放射線。

我們身邊大部份的物體都會釋放熱放射線,不過這種熱量的傳遞是不可逆的,也就是說熱量釋放出去之後,它就不可能再回到原來的物體中,所以如果我們想要限制熱量的散失,就需要用一些絕緣材料來包裹物體。

研究進展。

盡管現在我們對熱傳遞有著更深入的了解,但是科學家們依然沒有停下腳步,他們不斷的去尋找新的證據,試圖去揭開熱傳遞的更多奧秘。

就在最近,一支科研團隊做出了一個十分令人驚訝的發現,他們發現了第四種熱傳遞的方式——真空聲子傳熱。以往人們對熱傳遞的研究大多都是集中在固體和流體上,因為它們都是由分子構成的,而聲子則是固體和流體中的一種震動,但這一研究的突破之處在於它發生在真空中。

這一發現無疑是一次重大突破,因為過去人們一直認為在沒有分子存在的真空中,熱傳遞是不可能發生的,但這一發現徹底顛覆了這一觀點。值得一提的是,真空對聲子的限制很大,因為聲子的傳播需要介質的支持,而在真空中並不存在這樣的介質,所以要想在真空中實作熱傳遞,就必須要有特殊的介質作為中介。

雖然真空聲子傳熱這一發現還處於起步階段,但它無疑是一項具有革命性意義的研究。隨著科學家們對這一領域的研究不斷深入,相信未來熱傳遞領域將會有更多的新發現,這些發現將為人類社會帶來更多的創新與進步。

套用前景。

盡管真空聲子傳熱這一發現還處於起步階段,但它的套用前景已經十分廣闊。這一研究成果有望套用於航空航天領域,因為在太空中存在真空環境,所以要想有效地傳遞熱量就十分困難。

目前太空飛船使用的是傳統的熱傳遞裝置,但這些裝置在面對高溫高壓環境時很容易受到損壞,而且它們的效率並不高,這就給航天任務帶來了很大的挑戰。如果能夠將真空聲子傳熱技術套用到航天器中,就能夠顯著提高其熱傳遞效率,並且減少裝置損壞的風險。

除此之外,這一技術還有可能被套用於其它領域,比如醫療裝置、電子產品等,它們都需要高效的熱傳遞裝置來保持正常執行。透過將真空聲子傳熱技術引入這些裝置中,我們有望提高它們的工作效率,並延長它們的使用壽命。

總而言之,真空聲子傳熱這一發現無疑是一項具有重大意義的研究,它為人類社會帶來了無限的可能性,相信在不久的將來,我們就能夠看到這一技術為各個領域帶來革命性的變化。

筆者認為。

熱傳遞之所以會成為人類探索的熱點,也正是因為它的重要性和廣泛的套用。而我們的現實文明也正是在不斷的探索與創新中不斷前行,相信隨著科學家們對熱傳遞的研究不斷深入,我們將會看到更多的驚艷之處。