热辐射
rè fú shè
热辐射是通过电磁波（如红外线）传递的热量，不需要任何介质，能穿越真空传播。
Definition
热辐射是以看不见的光波形式传播的热量，在日常温度下主要是红外线，与传导和对流不同，它不需要任何介质，因此可以穿越真空，这正是太阳的温暖能穿越空旷的太空到达地球的原因。所有物体都会发射辐射；较热的物体发射得更多，波长也更短，暗淡粗糙的表面能很好地吸收和发射辐射，而光亮、浅色的表面则会反射它。一个处于绝对温度 $T$ 的表面辐射出的功率为 $P = \sigma \epsilon A T^4$（斯特藩-玻尔兹曼定律），其中 $\sigma = 5.67 \times 10^{-8}\ \text{W/(m}^2\cdot\text{K}^4)$，$\epsilon$ 是发射率；峰值波长遵循维恩定律，$\lambda_{\max} T = 2.90 \times 10^{-3}\ \text{m}\cdot\text{K}$，与周围环境的净交换为 $P_{\text{net}} = \sigma \epsilon A (T^4 - T_0^4)$。
Example
站在篝火旁，你会感到脸颊发热，即使你和火之间的空气并不热，因为那份温暖是靠辐射传来的；阳光向地面每平方米输送约 $1{,}000\ \text{W}$，因此一条 $2\ \text{m}^2$ 的深色毯子放在阳光下会吸收大约 $1{,}800\ \text{W}$，而同样大小的白色毯子会反射掉大部分，保持更凉爽。人体皮肤温度为 $306\ \text{K}$，$\epsilon \approx 0.97$，面积 $1.7\ \text{m}^2$，在 $293\ \text{K}$ 的房间中辐射出的净功率为 $P = 5.67 \times 10^{-8} \times 0.97 \times 1.7 \times (306^4 - 293^4) \approx 130\ \text{W}$，峰值波长为 $\lambda = 2.90 \times 10^{-3}/306 \approx 9.5\ \mu\text{m}$，处在深红外区。
Key Insight
每一个温暖的物体，包括你自己，都以看不见的红外光在发光，这正是夜视相机所看见的画面；一个保温瓶靠同时阻断三种热传递方式来保持饮料的温度：真空阻止了传导和对流，而镀银的内表面把辐射反射回去。$T^4$ 的关系非常极端：绝对温度翻倍会使辐射功率变为16倍，这正是为什么一根被烧得通红的电炉丝，向空气散失的热量绝大部分是靠辐射，而不是靠传导。