真空中では、熱は主に輻射によって伝達されます。
この熱伝達モードには、高温の物体からの電磁波の放出が含まれます。
これらの波は真空中を伝わり、他の物体に吸収され、それによって熱が伝達されます。
熱を伝達するのに媒体を必要とする伝導や対流とは異なり、放射は物質的な媒体が存在しない場合でも発生します。
真空中ではどのような熱伝達が起こるのでしょうか? 5 つの重要なポイントの説明
1. 真空中の放射線
輻射は、真空中での熱伝達の唯一の有効なモードです。
媒体がなければ伝導も対流も起こらないからです。
伝導には、粒子が振動し、隣接する粒子にエネルギーを伝達するときに固体媒体を介して熱が伝達されます。
対流には、ある場所から別の場所へ熱を運ぶ流体粒子の移動が含まれます。
真空では、熱を伝導または対流させる粒子が存在しないため、放射が熱伝達の唯一のメカニズムになります。
2. 放射線の仕組み
絶対零度を超えるすべての物体から熱放射が放出されます。
この放射は電磁波の形をしており、ほとんどの地球温度では主に赤外線スペクトルになります。
放射による熱伝達率は、ステファン・ボルツマンの法則によって決まります。
この法則は、黒体 (すべての入射電磁放射を吸収する理想的な物理体) の単位表面積あたりに放射される総エネルギーは、物体の熱力学的温度の 4 乗に比例すると述べています。
これは、放射による熱伝達率が温度とともに大幅に増加することを意味します。
3. 真空炉での応用
真空炉などの産業用途では、発熱体からの放射によって熱がワークロード (加熱される材料) に伝達されます。
この方法は、放射熱伝達の温度依存性により、特に高温において非常に効率的です。
低温の場合、熱伝達率を高めるために炉内に不活性ガスを導入することで対流加熱を補うことができます。
4. 真空中での電気加熱
真空条件下での電気加熱は、乾燥、高純度処理、その他の真空タイプの加熱用途などのプロセスで非常に重要です。
真空環境はガスの排出を促進し、閉じ込められた液体の沸点を下げ、材料からの揮発性成分の除去を容易にします。
ただし、媒体が存在しないと液体の凍結などの問題が発生する可能性があり、プロセスが複雑になる可能性があります。
5. 真空熱処理
真空熱処理は、真空環境下で高温で金属を硬化させる方法です。
このプロセスにより、金属の特性を変える可能性のある酸化やその他の望ましくない化学反応が防止されます。
真空は、金属加工物の完全性を維持するために重要な不活性環境を提供します。
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