劉士水

（中國(guó)·合肥·煤炭工業(yè)合肥設(shè)計(jì)研究院 高級(jí)工程師 合肥市 230041）

摘 要：地球上來自太陽的熱量是如何產(chǎn)生的，截止目前為止，人們都認(rèn)為地面和大氣層中二氧化碳吸收來之太陽的光輻射獲取熱量。本人推測(cè)認(rèn)為，來自太陽光輻射只有動(dòng)能，沒有熱量，環(huán)境空氣能夠吸收熱量（如，空調(diào)制熱），但不能吸收動(dòng)能，動(dòng)能必須通過轉(zhuǎn)換才能產(chǎn)生熱量，太陽光輻射之所以能夠給地球上帶來熱量，是太陽光輻射與大氣層中和地球表面的物質(zhì)發(fā)生碰撞和摩擦，產(chǎn)生熱量。

關(guān)鍵詞：光輻射 熱量 摩擦 碰撞 檢驗(yàn)

一、來自太陽光輻射熱量是如何產(chǎn)生的

本人認(rèn)為，雖然太陽光本身是沒有熱量，但是有強(qiáng)大的速度動(dòng)能，太陽光輻射能在地球上所產(chǎn)生的熱能，是太陽光的速度動(dòng)能與空氣介質(zhì)和地球表面物質(zhì)產(chǎn)生碰撞和摩擦產(chǎn)生的，目前人類還沒有測(cè)到太陽光的的直徑，可見太陽光線的直徑非常小，而環(huán)境空氣介質(zhì)以分子的形式存在，都能測(cè)量到直徑，地表的物質(zhì)的顆粒更大，因此，無論空氣介質(zhì)和地表上物質(zhì)相對(duì)于太陽光輻射而言就是龐然大物，當(dāng)太陽光輻射以每秒30萬km的速度動(dòng)能，與之產(chǎn)生撞擊或摩擦?xí)r，就能損耗太陽光的的速度動(dòng)能，由此產(chǎn)生熱量，空氣的密度越大，其產(chǎn)生的熱量也就越多，光波波長(zhǎng)越短所產(chǎn)生的熱量越大，光波波長(zhǎng)越長(zhǎng)，所長(zhǎng)生的熱量越小，超過一定的光波波長(zhǎng)就不具備產(chǎn)生熱量的動(dòng)能，例如月光，就是太陽光通過月球表面反射的長(zhǎng)波輻射，但并不能在地球表面產(chǎn)生熱量。同樣來自太陽的光輻射，只有直射光才具備產(chǎn)生熱量的能力，經(jīng)地表反射的太陽光長(zhǎng)波輻射（類似水輪機(jī)的出水），不具備產(chǎn)生熱量的能力。

綜上所述，太陽光給地球帶來的熱量，是太陽星球本身是個(gè)強(qiáng)大的熱源，所發(fā)出的光輻射密集，且具有強(qiáng)大的速度動(dòng)能，太陽光輻射在與空氣介質(zhì)和地面物質(zhì)產(chǎn)生碰撞和摩擦?xí)r就產(chǎn)生熱能，即太陽的熱能轉(zhuǎn)換成光輻射的動(dòng)能，再由光輻射的動(dòng)能通過碰撞和摩擦產(chǎn)生熱能。就像用天然氣燒水一樣，天然氣燃燒所產(chǎn)生的熱能，首先使水分子產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)動(dòng)能，即熱能轉(zhuǎn)換為水分子的動(dòng)能，通過水分子之間的相互碰撞與摩擦產(chǎn)生熱量（如，天然氣燒水時(shí)，水壺中發(fā)出的響聲就是水分子之間的碰撞和摩擦引起的），通過水分子的碰撞和摩擦將冷水轉(zhuǎn)換成熱水。雖然燒水和太陽光輻射兩者產(chǎn)生的熱量的表現(xiàn)形式不同，但基本原理完全相同，即由熱能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，再由動(dòng)能通過碰撞和摩擦產(chǎn)生熱量。

本人推測(cè)認(rèn)為，除熱層外，在大氣層中主要物質(zhì)組分是氮和氧，氮和氧占大氣層組分的99%，因此，接受太陽光能輻射產(chǎn)生熱量以及保持大氣層溫度存在的主要物質(zhì)也是氮和氧，也就是說，當(dāng)環(huán)境溫度為20℃，氮和氧在溫度中所占的份額為19.8℃。二氧化碳所占的份額最大僅為0.0126℃。

本人認(rèn)為，來自太陽光輻射產(chǎn)生熱量多少，與大氣層的空氣密度、風(fēng)速的大小、地表的粗糙度和時(shí)空分布的溫密切相關(guān)，而與何種物質(zhì)沒有任何關(guān)系，來自太陽光輻射在一定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，只要碰到阻擋物就會(huì)產(chǎn)生熱量。

二、不同下墊面溫度差是如何形成的

土壤或草地地面、水泥地面以及砂地的在炎熱的夏季的表面溫度相差很大，主要原因是：

①土壤或草地地面土壤比較松散，密度相對(duì)水泥地面要小得多，部分太陽光輻射可以進(jìn)入土壤或草地土壤的深處，在其地表深處產(chǎn)生熱量（這就是為什么地下水恒穩(wěn)層在30米以下的原因所在），所以在其表面產(chǎn)生的熱量相對(duì)較少，由此導(dǎo)致地表溫度相對(duì)較低，在土壤深處產(chǎn)生熱量的光輻射全部被損耗不會(huì)出現(xiàn)反射；

②水泥地面，由于水泥地面密度大，太陽光輻射不易穿透，絕大部分太陽光輻射在其表面產(chǎn)生熱量，很難進(jìn)入水泥地面的深處，所以在炎熱的夏季水泥地面的溫度相對(duì)土壤或草地來說要高得多。；

③砂地為顆粒狀的沙子組成，在沙子顆粒與顆粒之間有一定空隙，絕大部分太陽光輻射都會(huì)進(jìn)入沙粒之中，當(dāng)短波輻射遇到沙粒之后就會(huì)產(chǎn)生反射，由此形成就像彈彈球一樣的來回碰撞，直到不能產(chǎn)生熱量為止，由此使沙地比水泥地面的溫度高。

三、推測(cè)依據(jù)

第一：在地球大氣層得頂端與太陽星球之間有1億5千萬km的真空帶，熱必須通過媒質(zhì)才能傳遞，真空為隔熱體，熱不可能通過真空帶進(jìn)行傳遞。那么為什么地球大氣層中和地面能被太陽光加熱呢，只有一種可能性，太陽光輻射的速度動(dòng)能，在與空氣介質(zhì)和地表碰撞和摩擦過程中產(chǎn)生熱量，由此，才能在大氣層中和地球表面顯現(xiàn)出來自太陽熱量的存在。

第二、隕石是在天體掉落的巖石，在進(jìn)入地球大氣層后，與其物質(zhì)發(fā)生碰撞和摩擦起火燃燒所形成的殘余物，落地后就是隕石。因此，太陽光輻射在經(jīng)過大氣層和到達(dá)地面時(shí)，必然與其物質(zhì)發(fā)生碰撞和摩擦，由此產(chǎn)生熱量。如果地面或大氣層中的物質(zhì)可以吸收太陽光輻射獲取熱量，就不存有反射的太陽光輻射，但事實(shí)上反射光是存在的。

四、檢驗(yàn)方法

設(shè)置2個(gè)1m×1m×1m密封的玻璃箱，在玻璃箱的中心部位設(shè)置溫度計(jì)和壓力表，1個(gè)常規(guī)空氣玻璃箱蜜封即可，另一個(gè)在玻璃箱的上部設(shè)置截止閥和連接軟管，首先將密封玻璃箱抽真空，然后注入400cm3的人工制造的純二氧化碳（二氧化碳在大氣層中為400ppm，比重1.53（空氣=1.00），重量約為0.79g，將兩個(gè)箱體放在太陽下暴曬。裝有常規(guī)空氣的玻璃箱將隨著周圍空氣的溫度升高而升高，注入二氧化碳的箱子，在抽真空后，溫度計(jì)顯示的溫度將降為0℃，在與常規(guī)空氣玻璃箱壓力相同時(shí)，預(yù)測(cè)無論在太陽光下暴曬多長(zhǎng)時(shí)間，其溫度都不會(huì)發(fā)生變化。

當(dāng)然另一個(gè)玻璃箱抽真空后，也可以注入人工生產(chǎn)的21%純氧和78%純氮或注入純氮或純氧進(jìn)行試驗(yàn)，無論是一種氣體或兩種氣體，在溫度為20℃時(shí)，設(shè)定玻璃箱內(nèi)氣體密度為1205g/m3即可，在與常規(guī)空氣的玻璃箱壓力相同時(shí)，預(yù)測(cè)無論在玻璃箱中是一種氣體或兩種氣體，其溫度與常規(guī)空氣的玻璃箱的溫度基本相同。

五、結(jié)論

太陽光輻射之所以能夠給地球大氣層和地球表面帶來熱量，是因?yàn)?，太陽是個(gè)巨大的熱源，所發(fā)出的光光線密集，且具有強(qiáng)大的速度動(dòng)能，在一定的光波波長(zhǎng)范圍內(nèi)，只要遇到阻擋物，通過碰撞和摩擦就能產(chǎn)生熱量。其太陽光輻射產(chǎn)生熱量的基本原理是，熱能轉(zhuǎn)換為光輻射的動(dòng)能，再由光輻射的動(dòng)能通過碰撞和摩擦產(chǎn)生熱量。

參考文獻(xiàn)：

[1]《化工辭典》（1979年12月第二版），化學(xué)工業(yè)出版社；

[2] 360百科：《空氣密度》，在線。endprint