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两个可能想不通的热学现象有哪些(热学现象在生活中无处不在)

今天扯扯生活中两个逻辑上可能想不通的现象。

场景一:大冬天穿棉袄觉得暖和,是棉袄给了我们热量?

按照逻辑,本来一个样,突然加入了什么,就变成了另一样了,造成这样变化的原因肯定就是那个什么东西。而这种时候,通常认为,补了什么,那么,加入东西的作用就是什么。而事实上,单独的棉袄,如果用温度计测量,其表面温度和其所处的环境温度相当。既然棉袄并不会发热,但为何穿上棉袄会让人觉得温暖呢?

人是恒温动物,即人的体温始终需保持在相对稳定的温度范围中。而每个人每时每刻,都在与周围环境进行着热量交互,即通过皮肤、呼吸、尿液等将热量送出体内。在大冬天,因为环境温差大,个人散热更容易。这时候如果还有风吹过来,那人就更觉得冷了。现在看看棉袄的作用:①棉袄将身体包裹起来,让人与体外环境隔离开来。然后风吹的作用(加速散热)就基本没了,人就不会突然感到被风吹的那种冷了。②棉袄与身体接触,棉花越蓬松,里面的充斥的空气越容易形成了空气层。而空气层最大的作用,就是保温,即将热量尽可能延缓散失或反射回去。所以,只要穿上完整的棉袄,空气层就能把热量锁在棉袄内部或尽量减少散失。人热量散失少了,就觉得不冷了。大概就是这样。

场景二:两杯牛奶,一杯热的,一倍常温的,都放入冰箱冷冻,哪杯牛奶先完全结冰?

通常,按照大多数人的逻辑,根据我们的经验,这个场景就好比两个人100米跑,一个已经跑了一半了(常温),另一个还在起点(热的),问谁先到达终点。因此,大多数人按照这个逻辑,肯定认为是常温先完全结冰。而实验结果表明,是热牛奶先完全结冰。

那这到底是为什么呢?事实上,对此问题,目前还没有明确的解释。不过,大概可能是热传导、热对流的综合作用。大家想一下,对结冰现象来说,谁先结冰,归根结底,就是看谁的热量先散失/交互了。基于此,对于装着牛奶的玻璃杯来说,主要热量散失的交互途径主要两个:和玻璃杯壁接触的牛奶界面,直接与空气接触的那部分牛奶的上界面。①先看与玻璃杯接触的那个界面(热传导):按照逻辑,肯定是常温的那杯牛奶与玻璃杯接触的界面先结冰(先到0度)。可能有人听说过极地有人用冰来保暖,住冰屋什么的。是的,先结冰的与玻璃杯接触的牛奶界面在其形成后,会起到一定的保温作用,继而热散失减慢;②与空气接触的界面(热对流):对液体来说,温度越高汽化/热对流越强。故而热牛奶在散热"性能"上超过常温牛奶。在①的"保温"和②的"散热"共同作用/差距下,热牛奶就先完全结冰了。

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