科学告诉你如何在炎热的夏日保持凉爽

时间:2017-03-20 08:40:50
作者:李麟辉 编译

在那些酷热的夏日,人们通常用凉水冲洗颈部或手臂,亦或者喝冷饮,这些是散失热量的有效方式吗?各种品牌的运动服装真的能够通过排汗吸湿保持身体凉爽吗?以及一些颇为神秘的降温良方,这些降温方法真的有效吗?

 
热损失的物理学原理
   
让我们先从物理学的角度了解热量是如何损失的。根据物理学知识,两个物质之间的温度差越大,热量就会越快地向温度低的那方流动。
 
物体传导热量的速度(导热率)是不同的。比如在相同的温度下,水的导热率是空气的24倍。设想一下,当你走进室温只有5摄氏度的房间里,和你进入相同温度的盛满水的游泳池中游泳的感觉是完全不一样的。水传导热量的速度快,5摄氏度的水很有可能造成游泳者失温死亡。
 
还有一个影响热损失的概念是质量比热,表示单位质量物体改变单位温度时吸收或放出的热量。水的质量比热是空气的四倍,一公斤的水可以带走同质量的空气四倍的热量。
 
此外,物质的密度也很重要,它表示在某一确定的空间能够容纳的物质的质量。因为水的密度是空气的800倍,所以充满水的浴缸比充满空气的相同容器要重许多倍。
 
因此,质量比热和密度确定了物质储存热量的能力。以我们提到的水为例:由于质量比热和密度的共同效应,水的热容量是空气的3000倍。
 
物体的质量和表面积也是很重要的。因为热量储存在物体内并经表面散失,对于相同的表面积而言,球体具有最大的质量,而薄片则质量较小。换句话说,物体的表面积与质量的比例说明了它的热交换能力。相同条件下,具有更平更薄的表面的物体(比如手和脚)会更快地散失热量。
 
生物体散热机理
   
根据物理学原理,要使物体降温,就得使两物质温度差异最大化,并选择具有高导热率和质量比热的冷却物(液体)并且将物体的形状改造成类似薄片的形状。毫无疑问,对于非生物来说,水是最佳的冷却物。
 
但是对于生物来说,水是不是也是最好的呢?在炎热的环境中时,它是如何被我们的生理反应所影响的呢?
 
以上,我们只考虑了直接接触的物体之间的(比如触碰热炉子)热传导或者热交换。但是热量必须通过的距离也会影响传导速度。
 
通常,动物通过皮肤表面散发热量来加快冷却。这种将更热的躯干的血液输送向更冷的皮肤的对流机制会缩短传输的路径并且加快热量流失。但是这种机制依赖于皮肤血液的流动,并取决于躯体和局部皮肤温度的单独和综合的效应。只有当躯体和局部皮肤组织受热时才会发生最大的皮肤血液流动速度,如果只有一部分区域是热的则不会发生。
 
如果一个很热的人进入了很凉的水中(比如大约5摄氏度),那么皮肤血液流动速度就会急剧降低,以补偿热量流失。矛盾的是,如果将人放入中等温度的水中(例如25摄氏度),那么机体就会通过血液流动来降低体温。
 
名牌服装能降温?
   
自然选择确保了裸露的人体皮肤是最佳的冷却工具,而任何在皮肤上的物品都会阻碍这一过程。
 
每平方厘米的人体皮肤平均具有大约110个汗腺(这个数字会随着位置的不同而变化)。当受热时,这些汗腺会分泌使皮肤湿润的汗液。随后,蒸发将热量传递给水分子,其由液体变为气体,使出汗的人感觉凉快。
 
但是,在静止的条件下,与皮肤直接接触的空气的特性发生了改变;它很快变得更热更湿。这种湿润的空气具有更小的密度并且会自发地向上升,带走热量(自然对流)和水蒸气,并使得周围的空气变得更热更湿。当我们移动的时候,或者当空气吹过皮肤的时候(强制对流),对流和蒸发的冷却就会加快。而衣服则会阻碍这一过程。
 
这些原则决定了人类热损失的方式。但是我们必须对热应变和舒适之间做出区别。应变是身体对热做出的生理反应,其通过深部体温和表皮体温量化;而舒适则涉及来自不同热状态的快感。我们现在要考虑的是希望感觉更舒适还是减少热应变。
 
因为舒适是随着降低的热应变而感觉到的,所以我们应当相应地将精力放在这个方向。第一个策略是抵抗反进化的做法,以减少应变(例如避免受热,并使用空调),并且允许我们的身体适应季节的变化。所以,应尽可能地使用自然通风的方式降温,适当地穿着并适应气候变化。随着身体的适应,你可以改善生理的热量发散和热舒适能力。
 
第二个策略是在那些令人绝望的炎炎夏日里,泡在温水里是最好的选择。冲凉会有帮助,但是很浪费。将手和胳膊浸入水中也是个好主意,但是却相当浪费时间。最舒适的方式是冷却颈部(动脉硬化及血栓患者谨慎选择)以及喝冷饮。令人失望的是,任何号称能冷却体温的服装都是骗人的!
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科学告诉你如何在炎热的夏日保持凉爽

在那些酷热的夏日,人们通常用凉水冲洗颈部或手臂,亦或者喝冷饮,这些是散失热量的有效方式吗?各种品牌的运动服装真的能够通过排汗吸湿保持身体凉爽吗?以及一些颇为神秘的降温良方,这些降温方法真的有效吗?

 
热损失的物理学原理
   
让我们先从物理学的角度了解热量是如何损失的。根据物理学知识,两个物质之间的温度差越大,热量就会越快地向温度低的那方流动。
 
物体传导热量的速度(导热率)是不同的。比如在相同的温度下,水的导热率是空气的24倍。设想一下,当你走进室温只有5摄氏度的房间里,和你进入相同温度的盛满水的游泳池中游泳的感觉是完全不一样的。水传导热量的速度快,5摄氏度的水很有可能造成游泳者失温死亡。
 
还有一个影响热损失的概念是质量比热,表示单位质量物体改变单位温度时吸收或放出的热量。水的质量比热是空气的四倍,一公斤的水可以带走同质量的空气四倍的热量。
 
此外,物质的密度也很重要,它表示在某一确定的空间能够容纳的物质的质量。因为水的密度是空气的800倍,所以充满水的浴缸比充满空气的相同容器要重许多倍。
 
因此,质量比热和密度确定了物质储存热量的能力。以我们提到的水为例:由于质量比热和密度的共同效应,水的热容量是空气的3000倍。
 
物体的质量和表面积也是很重要的。因为热量储存在物体内并经表面散失,对于相同的表面积而言,球体具有最大的质量,而薄片则质量较小。换句话说,物体的表面积与质量的比例说明了它的热交换能力。相同条件下,具有更平更薄的表面的物体(比如手和脚)会更快地散失热量。
 
生物体散热机理
   
根据物理学原理,要使物体降温,就得使两物质温度差异最大化,并选择具有高导热率和质量比热的冷却物(液体)并且将物体的形状改造成类似薄片的形状。毫无疑问,对于非生物来说,水是最佳的冷却物。
 
但是对于生物来说,水是不是也是最好的呢?在炎热的环境中时,它是如何被我们的生理反应所影响的呢?
 
以上,我们只考虑了直接接触的物体之间的(比如触碰热炉子)热传导或者热交换。但是热量必须通过的距离也会影响传导速度。
 
通常,动物通过皮肤表面散发热量来加快冷却。这种将更热的躯干的血液输送向更冷的皮肤的对流机制会缩短传输的路径并且加快热量流失。但是这种机制依赖于皮肤血液的流动,并取决于躯体和局部皮肤温度的单独和综合的效应。只有当躯体和局部皮肤组织受热时才会发生最大的皮肤血液流动速度,如果只有一部分区域是热的则不会发生。
 
如果一个很热的人进入了很凉的水中(比如大约5摄氏度),那么皮肤血液流动速度就会急剧降低,以补偿热量流失。矛盾的是,如果将人放入中等温度的水中(例如25摄氏度),那么机体就会通过血液流动来降低体温。
 
名牌服装能降温?
   
自然选择确保了裸露的人体皮肤是最佳的冷却工具,而任何在皮肤上的物品都会阻碍这一过程。
 
每平方厘米的人体皮肤平均具有大约110个汗腺(这个数字会随着位置的不同而变化)。当受热时,这些汗腺会分泌使皮肤湿润的汗液。随后,蒸发将热量传递给水分子,其由液体变为气体,使出汗的人感觉凉快。
 
但是,在静止的条件下,与皮肤直接接触的空气的特性发生了改变;它很快变得更热更湿。这种湿润的空气具有更小的密度并且会自发地向上升,带走热量(自然对流)和水蒸气,并使得周围的空气变得更热更湿。当我们移动的时候,或者当空气吹过皮肤的时候(强制对流),对流和蒸发的冷却就会加快。而衣服则会阻碍这一过程。
 
这些原则决定了人类热损失的方式。但是我们必须对热应变和舒适之间做出区别。应变是身体对热做出的生理反应,其通过深部体温和表皮体温量化;而舒适则涉及来自不同热状态的快感。我们现在要考虑的是希望感觉更舒适还是减少热应变。
 
因为舒适是随着降低的热应变而感觉到的,所以我们应当相应地将精力放在这个方向。第一个策略是抵抗反进化的做法,以减少应变(例如避免受热,并使用空调),并且允许我们的身体适应季节的变化。所以,应尽可能地使用自然通风的方式降温,适当地穿着并适应气候变化。随着身体的适应,你可以改善生理的热量发散和热舒适能力。
 
第二个策略是在那些令人绝望的炎炎夏日里,泡在温水里是最好的选择。冲凉会有帮助,但是很浪费。将手和胳膊浸入水中也是个好主意,但是却相当浪费时间。最舒适的方式是冷却颈部(动脉硬化及血栓患者谨慎选择)以及喝冷饮。令人失望的是,任何号称能冷却体温的服装都是骗人的!

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