如何在不引用任何能量的情况下冷却物体？这涉及外太空

发布时间：2023-09-11 10:30:16 所属栏目：动态来源：转载

导读： 　　今年夏季被普遍认为是最热的之一，据天气变化趋势显示这是有纪录以来的首次；而鉴于全球气候变暖的现状，专家警告情况或将持续加剧。

　　空调、冰箱似乎成为越来越多人必备的选

　　今年夏季被普遍认为是最热的之一，据天气变化趋势显示这是有纪录以来的首次；而鉴于全球气候变暖的现状，专家警告情况或将持续加剧。

　　空调、冰箱似乎成为越来越多人必备的选择，但是这些传统的制冷设备通常比较贵，最重要的是它们都非常耗电。

　　根据报道，现在中国是全世界最大的制冷产品生产、消费和出口国， 2019年中国制冷用电量就已经超过了全社会用电量的15%以上。

　　制冷设备工作的用电量与所需调节的温度有关系，所以随着地球越来越热，制冷设备的用电量将持续增加，这将会是一个可怕的数字。

　　所以现在寻找降低热量的替代方案似乎已经迫在眉睫，好消息是，现实中还确实有办法在不耗电或者损毁其它任何能源的情况下给物体降温。

　　这听起来似乎难以置信，但通过使用正确的材料，可以让物体辐射的能量多于吸收的能量，从而将其温度降低几度，这个被称为辐射冷却。

　　万物都在发光

　　有多种方式可以让物体发光，其中最简单的方法就是让它变得更热，这就是传统白炽灯泡的工作原理，电流流过灯泡内部的灯丝，使灯丝变得很热，从而发光。

　　但是那些不太热的东西要怎么发光呢，比如一颗土豆它要怎么发光呢？

　　这里请记住，光是一种电磁波，所有这些波都以光速传播，只是彼此波长不同。

　　如果这种电磁波的波长在400到700纳米之间，那么它就会被我们的肉眼检测到，因此被称为可见光。

　　在温室下，土豆产生的电磁波最大强度为9.8微米，它处在电磁波谱红外线部分，我们无法用肉眼看见，但可以用红外摄像机看到。

　　不仅是土豆，实际上任何存在温度的物体都在向外散发红外线，因为红外辐射的主要来源就是热量或热辐射。

　　那么，这和冷却有什么关系呢？

　　其实，这就意味着所有物体都可以传递热能，而传递热能则意味着一个冷却，另外一个变热。

　　我们知道，物体可以通过三种方式与其他物体发生热相互作用，常见是热传导和对流。

　　热传导就是两个不同温度的物体接触时，热能从较热的物体转移到较冷的物体；而对流则适用于气体和液体，将热量进行传递。

　　第三种类型的热相互作用便是辐射，当热物体发出红外辐射时，该辐射可以被其他物体吸收并将其加热，烤箱就是这样工作的。

　　你把想要热的东西放进烤箱，加热元件就会变得非常热，产生红外辐射，食物吸收红外辐射并被升高温度。

　　现在想象一下，你预热好烤箱，然后将其关闭，再将土豆放入其中，这时热烤箱依然在向外发出红外辐射，而土豆将会吸收大部分辐射，

　　结果：土豆变热，烤箱变凉。

　　这并不是烤土豆的正确方法，但关键是当物体产生红外辐射时，它就会被冷却。

　　我们前面提到过，我们周围的一切都在发射红外辐射，那么一切不是都应该变得更冷吗？

　　当然，很明显这并没有发生，这是因为当附近的所有物体都具有相同的温度时，它们就不会因辐射而冷却。

　　那么这个时候的物体的大部分红外辐射又将大部分传递到哪里呢？

　　答案是太空！

　　在冬天的时候，其实我们可以通过观察天空来判断夜晚是否会寒冷。

　　在无云的夜晚，地面会辐射红外能量，这种能量的损失会使地面变冷。

　　但并非所有能量都会逃逸，比如大气中的二氧化碳可以捕获一些红外波长。这就是它能造成温室效应的原因。

　　但较小范围的红外波长（8 至 13 微米之间）可以穿过大气层并进入太空，这个范围称为“红外窗口”。

　　但这只适用于夜晚万里无云的情况，因为云层可以阻挡红外线窗口，因此能量又会反射回地面。

　　所以，万里晴空的夜晚往往更加寒冷，多云的时候则会不那么冷。

　　这种效果在白天则不太明显，因为大雪封山的白天水泥地面光合作用散发的热量，远没有从冬日暖阳的太阳那里吸收的远红外线热量散发的多。

　　这就是为什么地球表面集体降温，而不会有任何物体升温的原因所在，因为真正需要升温的是太空。

　　发射到太空的辐射最终可能会撞击月球并提高月球的温度，或者可能会永远向外传播。

　　那么现在还有一个问题，当阳光照射时，是否有可能使物体变得比环境温度更冷呢？

　　在继续讨论之前，也就是我们要真正了解辐射冷却的工作原理之前，我们还需要考虑另一个非常重要的属性，那就是材料的反射率和发射率。

　　发射率指的是材料发射红外能量能力的量度，测量范围通常为0.00 到 1.00，而反射率是指从材料表面反射的电磁波能力，范围也是0.00到1.00。

　　一种材料的发射率越接近1.00，该材料则越倾向于吸收红外能量，只发射自己的红外能量。反射率则正好相反。

　　反射率和发射率都取决于光的波长，但这里需要提一下，某些东西在可见光谱（400-700 nm 波长）中的反射性不强，但并不意味着它对红外波长（大约 10 微米）的反射作用相同。

　　所以，如果材料或者混合材料合适的话，是可以做到在阳光照射下依然具有冷却效果的，只要它具有高反射率和高红外发射率（特别是在 8 至 13 微米波长之间）。

　　太阳光会从物体上反射，因此不会引起热量加热，而红外辐射又会导致物体温度降低。

　　反射的太阳光和发射的红外辐射都将进入太空或者被附近的物体吸收，但由于这种材料的温度会低于周围其它材料，所以这里大部分也都会反射入太空。

　　最后，辐射冷却有一个非常酷的应用。你可以利用较冷的辐射冷却面板和较热地面之间的温差来通过热电发电机发电，它就像在夜间工作的太阳能电池板。

　　当然，辐射冷却最关键的部分是它的零电力输入，在电力日益紧张的当下，这确实是不错的选择。

　　不过，单独使用这种方法不足以取代空调，因为它们只能几度几度，但省电还是可以的！在夏天，我们经常看到一些车主把自己的汽车停在树荫下，这样可以使车内凉爽一些。

（编辑：晋中站长网）

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