今年夏天是有记录以来的最热的夏天之一，而且可能会越来越热。作者觉得如今的空调已经不仅仅是生活好物，而成为了必需品。，最常见的方法是使用压缩机和制冷剂。然而，这种传统的空调设备维修困难（而且贵），耗电量也相当大。2022年，美国有10%的能源用于冷却空气，这可不是一个小数字。

  我们确实有必要考虑别的降温的方法。有一种降低物体温度的方法，甚至不需要能量或燃料——那就是辐射冷却。利用合适的材料，你可以让物体辐射的能量多于它吸收的能量，从而将温度降低几度。这听起来像是在说大话，但它确实是真的，而这要归功于一些非常酷的物理学理念。

  万物都能发光，这在某种程度上预示着万物都能传递热能。听起来可能很奇怪，但别着急，让我们先从灯泡开始思考。现在已有几种办法能够让物体发光，其中最简单的方法就是让它变得超级热。这就是传统白炽灯泡发光的原理：电流通过灯泡内的灯丝，使灯丝发热发光（这个温度约为3,600华氏度，即1,982摄氏度）。因为其原理很简单所以这种灯泡已经存在100多年了。

  但是，对那些温度不是很高的东西呢，比如土豆，你最喜欢的一双鞋，或是门把手？答案是肯定的，它们也会产生一种光。

  别忘了，光是一种电磁波，所有的电磁波都以光速（3 x 108 m/s）传播，但波长是不同的。当电磁波的波长在400纳米到700纳米之间时，我们就称之为可见光，人眼就可以探测到它。土豆（在室温下）产生的电磁波的最大强度为9.8微米，我们称这一电磁波谱区域的电磁波为红外光。人们无法用眼睛探测到它，但可以用红外摄像机生成图像。

  以笔者的狗子为例。由于它的体温比周围的环境稍高，因此产生的光波长也略有不同。这在某种程度上预示着在红外图像中，它会凸显出来而不会混入背景中。

  物体之间有三种传热方式。最常见的方式是热传导。当两个温度不同的物体接触时，热量就会从温度比较高的物体传递到温度较低的物体。比如你用手握着一罐冰苏打水，罐子会变热，而你的手会变凉。

  第二种传热方式是对流，这种方式只适用于流体（即气体和液体）。让我们以空气为例。假设你有一个像炉灶这样的热源，通过热传导作用，炉灶附近的空气温度会升高。现在，炉灶附近的较热的空气密度低于远离炉灶上方较冷的空气密度。热空气将上升，冷空气将下沉到热空气原来的位置。然后，热空气又会与所在空间上方的东西（比如天花板）发生热传导作用。从炉子到天花板的间接热传递就是对流。

  第三种传热方式是辐射，这才是我们真正想讨论的。当一个热物体发出红外辐射时，这种辐射会被其他物体吸收。这正是烤箱的工作原理。你把想烤的东西放在烤箱里面，烤箱里面的加热元件就会变得很热，产生热辐射（没错，就是红外线）。食物吸收了热辐射，温度就会升高。

  现在想象一下，你把烤箱预热，然后关上电源，再把一个土豆放进去。热烤箱发出热辐射，而土豆吸收了大部分热辐射。结果是土豆变热，烤箱变冷。这并不是烤土豆的正常方法，但这里的重点是，当物体（烤箱）产生热辐射时，它们就会冷却下来。

  但是假如我们周围的所有东西都在发出红外线电磁辐射，那么周围一切按此理说不都应该在变冷吗？其实不然。如果你把一个苹果放在桌子上，它会发出热辐射。但它同时也会吸收其他物体的辐射：桌子、空气、墙壁。因此，当同一区域附近的所有物体均已达到相同温度时，它们并不会因为辐射而变冷。

  要完全理解辐射冷却的原理，还需要仔细考虑另一个很重要的性质：反射率和发射率之间的区别。想象你有一面完美的镜子。所有照射到它的光线都会被反射出去。这面镜子的反射率为1，这在某种程度上预示着照射到它的光线百分之百都会被反射出去。

  铝箔也能反射大量光线，但不是所有光线。它的反射率可能在0.88左右，也就是说，照射到铝箔的88%的光会被反射。落在铝箔上的其他12%的光会被吸收，来提升铝箔的温度。

  现在想象一个完全不反射光的物体。当然，它仍然会发光，但只是由温度导致的发光，而不是由于反射。这个物体的发射率为1，我们叫做“完美黑体”，即它能吸收所有电磁辐射。因此，发射率本质上与反射率相反。

  反射率和发射率都取决于光的波长。在可见光谱（波长400-700纳米）中反射率不高的物体，并不代表它在红外线微米左右）中也有同样低的反射率。再看看上面这只狗的红外图像。你注意到它在地板上的反光了吗？在可见光谱中，地板的反射率并不高，但在红外线中，地板的反射率却很高。

  下面是另一种观察反射表面和发射表面差异的方法。下面是两个铝罐在室温下的红外图像。唯一不同的是，右边的罐子侧面贴有遮蔽胶带，但顶部没贴。胶带阻止了右边的罐子反射红外光，这在某种程度上预示着这两个物体除了发射率之外是完全相同的（你能够正常的看到笔者的手碰到了右边罐子的顶部）。

  左边的普通铝罐在红外区域的反射率非常高。虽然显示为橙色的部分看起来温度比较高，但实际上这并不是罐子本身发出的热量，而是笔者的手接触另一只罐子时发出的热量的红外反射。

  笔者把胶带贴在右边的罐子上，就为了提高它的发射率。因为胶带不会反射红外线，所以你看到的颜色只是基于罐子的温度，而不是来自于其他高温物体，比如笔者的手（因为右侧罐子的最顶端没有贴胶带，所以那部分的反射率仍然很高。这就是怎么回事你还能看到一个橙色的斑点，这是反射的手的热量）。

  这里还有一个真实的生活的例子：在炎热的晴天，穿白色衣服好还是黑色衣服好？白衬衫（反射率高）能反射更多的阳光，不会那么热。而黑衣服（发射/辐射率高）则会吸收大部分光线，变得很热。因此，正常的情况下最好穿白色衣服——尽管在某些特殊的情况下，黑色衣服实际上可能更凉爽。

  您可能已经体验过的一种辐射冷却：在冬天，你可以通过观察天空来判断今晚是否寒冷。在万里无云的夜晚，地面会以红外线的形式辐射能量，这种能量的损失会使地面明显变冷。并不是所有的能量都能损失：大气中的二氧化碳会捕获一些波长的红外线，而这就是温室效应的原理。但有一小部分波长的红外线微米之间的红外线，可以穿过大气层进入太空（这个范围被称为“红外窗口”）。

  白天不起作用。白天确实有热辐射，能够更好的降低一些物体的温度。但是还有一个大热源—太阳。太阳光对物体的加热效果远大于物体向外辐射的冷却效果。因此，所有东西都会变热。

  一个物体通过辐射降温时，一定会有其他物体温度上升。这个升温的物体就是太空。发射到太空中的辐射最终可能会抵达月球，使月球温度上升——也可能永远向外传播。

  辐射冷却板。这是一个在可见光谱中具有高反射率（以防止阳光使其变热）和高红外发射率（尤其是8至13微米波长）的平板。可见光会从物体上反射，从而不会导致物体加热，而红外线辐射则会使物体温度降低。反射的可见光和红外线辐射都会进入太空(也许在某一时刻，它们会辐射到另一颗行星，导致其升温——但这并不是我们应该担心的问题）。

  辐射冷却板发挥作用。一种格外的简单的方法是在反光铝材上使用透明胶带。可见光穿过透明胶带，然后从铝箔上反射（因此铝箔具有高反射率），但透明胶带也能让材料发射红外线（即提高发射率）。这很简单，笔者自己尝试了一下。下面是一张铝箔纸的可见光图像和红外图像，铝箔纸上有一条宽透明胶带和一条细透明胶带。

  只反射了天空中的红外线（它的发射率不高）。然而，贴有胶带的部分看起来更热，表明它确实让铝箔辐射出了的热量。这个简单的实验实际上并没有使铝箔变得比空气温度更冷，因为下面热草地的加热效果可能比辐射冷却效果更强——但作者觉得这个实验是有可能成功的。

  白色涂料。这种油漆在可见光谱中具有很强的反射率，但在红外线中却具有较高的发射率。有几段很棒的视频展示了它的工作原理和制作的过程。这里有一个来自Tech Ingredients的视频。他的方法似乎很有效，但假如没有实验室，你很难制作出来。NightHawkInLight有一种不同版本的辐射涂料，你也许可以在普通厨房里制作。

  纳米粒子或水凝胶等更复杂的材料。还能制作反射可见光和辐射红外线的衣服。

  热电发电机发电（这就像一个在夜间也能工作的太阳能板）。也可通过辐射冷却产生的温差直接从空气中凝结水，就像塔图因星球（《星球大战》中的沙漠星球）上的湿气蒸发器一样。

  互动问题：生活中有哪些与热传导相关的现象和应用呢？请大家留下自己的思考】

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