Możesz być zaskoczony, że próżnia nie jest miejscem, w którym przewodzi się ciepło. Jest to nie tylko kwestia temperatury, ale także wiąże się z przewodzeniem, promieniowaniem i konwekcją. Aby zrozumieć, dlaczego próżnia nie przewodzi ciepła, będziesz musiał poznać podstawy każdego z tych trzech tematów.
Przewodzenie
Jeśli kiedykolwiek zastanawiałeś się, dlaczego próżnia nie przewodzi ciepła, to dlatego, że nie ma materii, która mogłaby wykonać to zadanie. Dlatego wewnątrz próżni znajdziesz dokładnie taką samą temperaturę jak na zewnątrz.
Jednakże istnieją dwa sposoby przekazywania energii: przez przewodzenie i promieniowanie. Przewodzenie jest bardziej efektywne w gazach, podczas gdy konwekcja jest bardziej efektywna w cieczach. Używając przewodzenia, można uzyskać ciepło z dłoni do metalu bez konieczności przenoszenia temperatury całego obiektu.
Istnieje wiele innych interesujących sposobów przekazywania energii, ale to cały 'inny post. W większości przypadków jednak, możesz dostać w swoje ręce „magię”, która występuje w próżni tylko poprzez wykorzystanie promieniowania.
Najlepszym przykładem tego jest fakt, że słońce w rzeczywistości nie dostarcza ciepła do ziemi. Zamiast tego dostarcza promieniowanie elektromagnetyczne, które jest wykorzystywane do ogrzewania słoików i pojemników. Nie jest to dokładnie nauka o rakietach, ale jest to dobra demonstracja tego, jak wszechświat jest oddzielony od planety.
Jedna ostatnia uwaga na temat ciepła: podczas gdy próżnia nie przewodzi ciepła, w rzeczywistości nie ma zerowej przewodności cieplnej. Oznacza to, że ma niewielką ilość energii, ale trochę więcej niż nic. Stąd kolba próżniowa jest powszechnym sposobem przechowywania kriogenów.
Konwekcja
Ważne jest, aby zrozumieć, że próżnia nie jest medium i nie przewodzi ciepła. Istnieją jednak inne sposoby przemieszczania się ciepła w przestrzeni. Należą do nich przewodzenie, promieniowanie i konwekcja.
Przewodzenie występuje, gdy temperatura obiektu wzrasta i przemieszcza się przez obiekt, niezależnie od tego, czy jest to ciecz czy ciało stałe. Na przykład, gdy pocierasz metalową rączkę, staje się ona gorąca. Atomy metalu uderzają o siebie, tworząc ciepło, które jest przekazywane na powierzchnię dłoni. Ciepło jest następnie ponownie wchłaniane do metalu. To dlatego uchwyt jest zwykle gorący, nawet gdy uchwyt jest zimny.
Promieniowanie występuje, gdy promienie słoneczne wypromieniowują się na zewnątrz, może też podróżować przez próżnię. Sporadycznie fale pojawiają się jako światło widzialne. W przeciwieństwie do przewodzenia, promieniowanie jest powolne. Ale może być bardzo silne. Może nieść wystarczającą ilość energii, aby na przykład wypalić dziurę w materiale.
Konwekcja to rodzaj przekazywania ciepła, który występuje, gdy ogrzane powietrze unosi się, powodując ruch lekkich obiektów. Jest to również bardzo potężne, ale może wystąpić tylko w bardzo bliskiej próżni. Gdyby wystąpiła w znacznie większej próżni, temperatura spadłaby drastycznie. Dlatego do ogrzewania używa się potężnej pompy próżniowej.
Promieniowanie
Próżnia nie przewodzi ciepła, ale przewodzi światło. Promieniowanie, w szczególności, jest odpowiedzialne za ocieplenie planety i ciał niebieskich.
Promieniowanie słoneczne składa się z maleńkich bezmasowych pakietów energii zwanych fotonami. Fotony te podróżują przez przestrzeń. W końcu zderzają się z ziemską atmosferą i są zamieniane w ciepło. Dzieje się tak, ponieważ cząsteczki w powietrzu przyspieszają. Jest to znane jako efekt kinetyczny. Obiekty pochłaniające promieniowanie zyskują energię, co powoduje wzrost temperatury obiektu.
Gdyby istniała doskonała próżnia, nie byłoby cząstek, z którymi można by się zderzyć, co oznacza, że nie byłoby ciepła do przekazania. Istnieją jednak substancje, które mogą przenosić ciepło w procesie konwekcji. Ciecze są znacznie bardziej wydajne niż ciała stałe w przenoszeniu ciepła.
Przekazywanie ciepła może zachodzić poprzez trzy różne mechanizmy. Przewodzenie, które jest zwykłym sposobem, w jaki ludzie o tym myślą, jest najmniej wydajne. Najlepszym sposobem przekazywania ciepła, według niektórych naukowców, jest promieniowanie. Jest to również najłatwiejsza metoda.
Istnieją dwa sposoby mierzenia efektywności przekazywania ciepła przez obiekt. Jednym z nich jest stała Steffana/Boltzmana, która służy do porównywania różnych obiektów. Drugi to stała emisyjności, która jest miarą tego, jak skutecznie obiekt może emitować promieniowanie.