劉士水

（中國·合肥·煤炭工業(yè)合肥設計研究院 高級工程師 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。本人推測認為，來自太陽光輻射只有動能，沒有熱量，環(huán)境空氣能夠吸收熱量（如，空調(diào)制熱），但不能吸收動能，動能必須通過轉(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。

關鍵詞：光輻射 熱量 摩擦 碰撞 檢驗

一、來自太陽光輻射熱量是如何產(chǎn)生的

本人認為，雖然太陽光本身是沒有熱量，但是有強大的速度動能，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)相對于太陽光輻射而言就是龐然大物，當太陽光輻射以每秒30萬km的速度動能，與之產(chǎn)生撞擊或摩擦時，就能損耗太陽光的的速度動能，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，光波波長越短所產(chǎn)生的熱量越大，光波波長越長，所長生的熱量越小，超過一定的光波波長就不具備產(chǎn)生熱量的動能，例如月光，就是太陽光通過月球表面反射的長波輻射，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波輻射（類似水輪機的出水），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強大的熱源，所發(fā)出的光輻射密集，且具有強大的速度動能，太陽光輻射在與空氣介質(zhì)和地面物質(zhì)產(chǎn)生碰撞和摩擦時就產(chǎn)生熱能，即太陽的熱能轉(zhuǎn)換成光輻射的動能，再由光輻射的動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)生運動動能，即熱能轉(zhuǎn)換為水分子的動能，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，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)換為動能，再由動能通過碰撞和摩擦產(chǎn)生熱量。

本人推測認為，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、風速的大小、地表的粗糙度和時空分布的溫密切相關，而與何種物質(zhì)沒有任何關系，來自太陽光輻射在一定的波長范圍內(nèi)，只要碰到阻擋物就會產(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，密度相對水泥地面要小得多，部分太陽光輻射可以進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)生的熱量相對較少，由此導致地表溫度相對較低，在土壤深處產(chǎn)生熱量的光輻射全部被損耗不會出現(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進入沙粒之中，當短波輻射遇到沙粒之后就會產(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)過大氣層和到達地面時，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，但事實上反射光是存在的。

四、檢驗方法

設置2個1m×1m×1m密封的玻璃箱，在玻璃箱的中心部位設置溫度計和壓力表，1個常規(guī)空氣玻璃箱蜜封即可，另一個在玻璃箱的上部設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，溫度計顯示的溫度將降為0℃，在與常規(guī)空氣玻璃箱壓力相同時，預測無論在太陽光下暴曬多長時間，其溫度都不會發(fā)生變化。

當然另一個玻璃箱抽真空后，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行試驗，無論是一種氣體或兩種氣體，在溫度為20℃時，設定玻璃箱內(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，預測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，是因為，太陽是個巨大的熱源，所發(fā)出的光光線密集，且具有強大的速度動能，在一定的光波波長范圍內(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)換為光輻射的動能，再由光輻射的動能通過碰撞和摩擦產(chǎn)生熱量。

參考文獻：

[1]《化工辭典》（1979年12月第二版），化學工業(yè)出版社；

[2] 360百科：《空氣密度》，在線。endprint