不同颜色之中的热学有哪些？

2024-11-22 14:14:07

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回答（1）：

黑和白的热效应

两个完全相同的玻璃瓶，把其中的一个外面涂上黑色，另一个外面涂上白色。然后装进质量相同、温度相同的冷水，并各插入一支温度计，放在太阳下面晒。过一会儿即可发现，温度计的读数不再相同了，放在黑色玻璃瓶里的温度计指示的温度较高。这说明：黑色物体比白色物体吸收辐射热的本领强。

把这两个瓶里的水倒掉，重新换上质量相同、温度相同的热水，放到冷藏室里，过一会儿又可发现，两支温度计的读数又不相同了。这一次，放在黑色玻璃瓶里的温度计具有较低的读数。这说明：黑色物体比白色物体向外辐射热的本领强。

上面的两个实验告诉我们，热辐射与物体颜色的深浅有关。颜色越深的物体，吸收或者辐射热的本领越强；颜色越浅的物体，吸收或者辐射热的本领越弱。

炎热的夏天，人们喜欢穿白色或浅色的衣服，严寒的冬天，人们喜欢穿黑色或深色的衣服，就是为了适应不同的气候。

我国西北的高山上终年积有冰雪，山下却经常干旱。新中国成立后，政府便派飞机飞到雪山上空，撒下大量的碳屑，给白雪披上黑装，太阳一晒，冰雪就会融化，汇成水流，流下山来。

近年来，太阳能热水器得到了广泛的应用，它可以利用阳光为人们提供热水。这类装置虽然形式不同，但却有共同的特点：都有一个黑色的采热器。

冬天取暖的火炉涂成黑色，是为了增强火炉向周围辐射热的本领。为了降低幻灯机、变压器的温度，也常常把它们涂成黑色，以增强它们向外辐射热的本领。

宇宙空间没有大气，宇宙飞船只能靠辐射与外界交换热量，因此飞船“外衣”的颜色必须精心选择。一般飞船的外表面都涂成银白色或浅蓝色。当有阳光照射时，由于涂上这种颜色，可以防止飞船温度急剧升高；当没有阳光照射时，又可以起到减弱向外辐射热的作用。在飞船内表面，都涂上黑漆，由于黑色物体吸热和放热的本领都大，这样，卫星向阳面的内侧，因温度较高，容易放热；同时，卫星背阳面的内侧，因温度较低，容易吸热，整个舱内的温度就会比较均衡了。

夏天穿黑袍子的贝都因人

在炎热的夏天，应该穿白色的衣服还是应该穿黑色的衣服？似乎人人都知道当然应该穿白色的衣服。可是生活在沙漠中的贝都因人，却世世代代都穿黑色的袍子度过夏天。

这件反常的事情，引起了科学工作者的兴趣。他们在阳光下进行测试，黑色袍子表面温度（47℃）比白色袍子表面温度（41℃）要高，同时黑色的东西更容易吸收阳光的辐射。

他们又测了地面附近空气的温度，那里是38℃，这个温度比袍子里空气的温度要低一些。这就是说，无论是黑袍子还是白袍子，里面的空气温度比地面附近空气的温度都高。这样就会发生对流现象，袍子里的热空气上升，周围的空气来补充，袍子里面形成由下而上的气流。

贝都因人穿的袍子非常肥大，不会妨碍气流流动。由于黑袍子里的空气和地面空气的温度差比白袍子里的大，对流也比白袍子里强一些。对流产生的气流把衣服表面传来的热量带起，并加速了汗水的蒸发。所以穿黑袍子的人比穿白袍子的人觉得更舒服一些，贝都因人也许早就知道这个道理。对流可以算是最古老的知识，但是使人感到意外的是，至今还没有人详细而定量地列出对流计算方程。科学界虽然涌现过无数聪明才智的人，但是谁也没有最后解决这个问题。对流在许多领域里的应用，还等待人们去发现。在地壳内部，对流使海底产生一系列的裂变；岩浆的对流驱使着大陆慢慢飘动；在太阳上对流引起光球层激烈的运动；在盐湖里，特殊的对流过程，使人利用盐湖收集太阳光，提供大量电能……

“双鹰2号”的白衣黑裙

1978年8月间，三位美国飞行家乘坐一只名叫“双鹰2号”的大型充氦气球，飘行万里，首次成功地横渡了大西洋。“双鹰2号”的制作者们精心地设计了它的套袋。他们把球体的上半部分涂成银白色，下半部分涂成黑色，远远望去，就像穿上了白衣黑裙。白天烈日当空，气球吸热后体积变大，就会上升。银白色的上衣将太阳的大部分热反射出去，可以防止气球升得过高而发生危险。到夜晚，气温降低，气球收缩，又有可能急剧下降，落到海里。但是，夜晚海水的温度比气温要高，所以黑色的裙子能够尽量地吸收海面辐射的热量，避免气球的温度下降太多。这身不被人注意的白衣黑裙，对于保证气球的正常飞行，起了重要作用。飞到太空去的宇宙飞船，更要考虑在飞行的时候，向阳那面的温度会高到100多摄氏度，背阴那面的温度却要低到零下200多摄氏度，高低相差300多摄氏度。有什么办法来调节这悬殊的温差呢？你或者会说就像“双鹰2号”气球那样，把飞船向阳的那一面涂成白色，背阴的那一面涂成黑色，行不行呢？不行。因为飞船和气球不一样，它的向阳面和背阴面要时常变换。而且如果没有可吸的热，黑色将会起着很快向外散热的作用呢！

科学家们为飞船设计了合适的衣服：在飞船壳体外表面，整个都涂上一层蓝色或银白色的涂料。阳光在它上面的时候，可以防止温度剧烈升高；它背向太阳的时候，白色又可以起到减少向外散热的保护作用。在飞船壳体的内表面，都涂上了一层黑漆，就像一层黑色的衣服里子。由于它吸热和散热的本领都比较大，可以使壳体内部温度高的那一面的热量大量释放出来，同时使温度低的那一面大量把热吸收进去。这能使舱内的温度保持均衡。

黑色和白色，深色和浅色，不仅把我们的生活点缀得绚丽多彩，而且在很多地方默默地帮助我们工作。

黑色吸收热量多的奥秘

表面一黑一白，大小相同的两块金属都加热到500℃，哪个辐射的能量多？是黑色的。设想你有一个密封的盒子加热到500℃，盒内一半衬有表面是黑色的金属，一半衬有表面是白色的金属，两者不接触，它们只有通过辐射交换热量。一部分热量由黑金属块辐射到白金属块，一部分由后者辐射到前者。这两部分必定相等，否则散发热量多的一边将很快变得比另一边冷。能量自动地由低温处流向高温处是不可能的。表面是黑色的一侧，能把所有的辐射到它上面的热量都吸收，若物体温度保持恒定，它将辐射出同样多的热量——物体表面吸收的热量与其放出的相同。

我们知道一个好的吸收器必定是一个很好的辐射器，一个好的反射体却是一个很糟的辐射体。在白色表面上，对于辐射到其上的热量大部分将被反射，而只吸收一小部分。因此它辐射的热量也少。黑白表面之间的能量流是相等的，因为白色表面辐射较少是由它反射较多热量来补偿的。由此我们得出在500℃时，黑色金属比白色金属辐射的热量多。这便是为什么好的散热器表面总要涂成黑色的缘故。

另外，如果白色表面被破坏了，它的反射能力就会减弱。相应就会吸收更多的辐射。如果我们将白色表面破坏得使它的反射能力和黑色表面一样，这样它对热辐射的吸收应该同黑色表面一样。它就和黑色表面起一样的作用，这就意味着它应和黑色表面有一样辐射能量。我们是怎样改变白色表面的呢？我们在白色表面上刻下许多划痕，当划痕很深时，它们就像小空腔一样起到能隔住进入其中的辐射作用。大部分进入空腔的辐射是不能被反射出来的，它们最终被吸收了，空腔起了辐射陷阱的作用。事实上，无论空腔是由金、银、铜、铁，还是碳制成的，它们的效果都如同黑色的空腔。

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