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炎炎夏日三大宝凉席空调和西瓜!
添加时间:2024-07-03 02:07:51

  杏彩平台注册地址我们接触不同温度的物体时会有冷热的感受。能感受到热是因为温度高的物体中的热量流向,相反的,我们能感受到冷或凉当然是的热量流向更低温度的物体。

  这容易使人误解温度高的物体具有更多的热量。在19世纪40年代以前,科学家们也是这样认为的,这就是大名鼎鼎的热质说理论。

  后来人们才将温度与热量的概念辨别清楚,此后,“科学得到飞速的发展”-----爱因斯坦[1]。

  比如在冬天时,用手触碰铁栏杆比触碰旁边的树木感到更凉。在夏天,同样的室外三十多摄氏度的高温,下雨之前的闷热,或者湿度更大的地区往往会让人感到更热。

  所有的宏观物体都是由大量的微观粒子组成的,而这些微观粒子每时每刻都在运动,被称为热运动。微观粒子热运动的平均动能与温度的关系为:

  温度高的物体粒子热运动更快,当与温度更低的物体接触时,更快的粒子碰撞慢的粒子使其运动加快,从而完成了热量传递。

  为了清晰地描述这一现象,傅里叶提出了描述热传导的傅里叶定律。定义Q为单位时间能通过物体横截面的热量:

  所以冬天时,在相同的时间里,对于相同温度的金属和木材来说,向金属比向木材传递更多的热量,这就是我们感受到铁栏杆更凉的原因。

  与此同时,由于下水蒸气的导热率比空气小。所以,湿度越大,向空气中散热越困难,从而感到更热。

  除了热传导以外,物体间热量的传递过程还包括热对流和热辐射。热对流主要发生在流体比如空气、液体中,是通过流体流动来实现传热过程。

  以竹席为例,毛竹的导热系数约为0.3~0.5Wm-1K-1[2],所以相比于空气,更容易向竹席中传递热量,从而有冰凉的感觉。

  除此之外,凉席的表面结构也会影响热量的传导效率,但是厚度对皮肤与编织物瞬时的热量传递影响不大[3]。

  比如说,凉席表面越光滑,其与皮肤接触的面积就越大,传导的热量就更多,所以皮肤的接触凉感就越强。

  如果选用的凉席的比热较大,凉席可以从吸收更多的热量而升高较少的温度,所以才可以保持长时间地凉爽。

  编织凉席一般具有很多空隙,对于纤维编织物来说,纤维集合体内部还存在着很多气孔,里面存在空气。所以,凉席内部的热传递过程十分复杂,包括纤维和空气、水分之间的热传导,纤维空隙之间的热对流,凉席自身的热辐射等过程。

  例如,通过构造特定的编织结构,可以控制凉席内部空隙、空隙中空气的多少,从而改善导热性能。与此同时,更紧致的编织也会是的凉席内部孔隙变小,从而使导热性能更好[5]。

  出汗可分为非显汗和显汗两种方式。非显汗是指皮肤表面蒸发的水分以水蒸气的形式存在,显汗就是肉眼可见的汗液[3]。

  所以,一个好的凉席是否令人凉爽,其湿传递性能也尤为重要。也就是凉席对汗液水蒸气和汗液的吸收传递效果。

  汗液水蒸气可以通过凉席中的纱线、纤维内以及纤维间的空气,通过热扩散过程从水蒸气分压高的一侧扩散至水蒸气分压低的一侧。

  粒子的数密度n就是指单位空间里微观粒子的数目。显然,对于水蒸气来说,空气湿度越大,水蒸气分压越大,水蒸气分子数密度越大。

  19世纪法国生理学家菲克描述了扩散过程的规律,某个方向(假设z方向),在单位时间扩散的粒子数为:

  水接触不同的物体会有浸润现象和不浸润现象。比如水在清洁的玻璃上会摊开,这就是浸润现象;小水滴在荷叶上形成晶莹的球形水珠,这就是不浸润现象。

  当水接触到物体表现时,我们把固体分子对水中某个水分子A的吸引力的合力称为附着力,把水中其他分子对这个水分子A的吸引力的合力称为内聚力。

  这时定义固、液、气三者共同接触点处分别作液体表面的切线与固体表面的切线,其夹角被称为接触角θ。可见,接触角小于90度为浸润现象,接触角大于90度小于180度为不浸润现象。

  这是由于浸润现象,在细管中的水会形成明显的弯曲面,从而产生一个附加压强,为了满足平衡条件,液面需要升高抵消附加压强的影响。毛细现象使得水更容易进入细小的管道之中。

  我们还可以知道,如果用采用纤维编织,则需要用亲水纤维编织毛细管,使液态汗更好地被吸收传递,从而挥发掉。

  小小的一床凉席,其背后竟有着如此丰富的物理内涵。每一个环节都是人类对世界基本组成原理理解的体现。

  随着进入现代社会,除了凉席以外,在现代科学的指引下,研究着各种夏日凉爽的衣服、织物,正是人们不断追求更高品质的生活的体现!

  [2] 刘帅等,毛竹导热系数的神经网络预测模型,中国农学通报,2011,27(31):53-57。

  [4] 吴舒辞等,毛竹竹材几个热力学特性参数的测试与分析,中南林学院学报,2004年,第24卷,第5期。

  [5] 张洁等,织物结构参数对热传递性能影响的模拟分析,Jornal of SilK, 2019年第57卷第2期。