« Prev12Next »
分享
旧帖 2012-08-04 18:50:11
Post #1
[户外知识] 风寒效应
 
PoPoutdoor 离线 PoPoutdoor

[户外知识] 风寒效应

http://gb.weather.gov.hk/education/edu01met/wxphe/ele_windchill_c.htm

你的身体时刻努力运作以维持体温接近摄氏37度。可是,空气的流动却会将你身体的热量带走,令你在大风的日子里感觉到的气温比温度计量度得的还要低。这称之为「风寒效应」。该效应会随着风速的增加而加剧。

在一些国家如美国及加拿大,一项称为「风寒温度」的东西会与实际量度得的气温一同发布。该温度乃根据一些科学研究结果,当中牵涉自愿实验人员、计算机模式并结合在医学上有关人体在冷冻的环境下热量丧失的知识所制作出来的。下表显示在不同的气温及风速下根据在美国及加拿大通用的公式计算出的风寒温度为多少。例如,当气温为摄氏4度,风速为每小时30公里时,你面上感觉到的温度相等于在无风的日子时的摄氏零下1度。

有一点值得留意的是,「风寒温度」不适用于死物上。在风力影响下,一件死物的温度并不会下降至低于实际的气温。举例来说,如果气温高于冰点,无论风吹得多大,地上的积水都永不会冷却成冰的。
---
最新风寒指数算式(2001)


Twc: 风寒指数, Ta: 气温, V: 风速

注 1:5°C 以上偏差增大,指数渐次失准。大概能计算到 18°C 的气温。
注 2:根据加拿大环境部网页在线风寒指数计算器,适用笵围为 -50 到 5°C、风速 4.8 到 100 公里/小时。
注 3:计算以风速在 10 米高度实测、转换成 1.5 米高度感受到的数值。

参考:http://www.islandnet.com/~see/weather/life/windchill.htm


---
http://libai.math.ncu.edu.tw/~shann/mountain/windchill.html

所谓风寒效应(wind-chill effect) 是指人在同样气温(温度计的测量值)但是不同风速环境中「感受」的温度不同。我们从日常生活经验都知道,一般来说,风越大感觉越冷。

早期的风寒效应理论与计算方法,是在 1940 年初由南极探险家与科学家 Paul Siple 和 Charles Passel 建立的。在 1990 年代后期,​​许多人开始强烈质疑 Siple-Passel 方法的适合性(譬如说,Siple-Passel 采用纯水做实验,而非人类的皮肤)。终于在 1999 年,美国与加拿大合作重新研究风寒效应,并于 2001 年秋季订定了新的风寒指数表与计算公式。美加两国的结论是一致的,但是我建议看加拿大的网页,因为他们和我们一样采用公制单位,而美国采用英制。这篇文件中所提到的专业知识,全部得自以下网站:

[原连结失效,应该是说这个] http://www.ec.gc.ca/meteo-weather/default.asp?lang=En&n=5FBF816A-1

怎样把人对冷热的「感受」转换为摄氏温度,是这个研究的难题之一。不管怎样,反正美加的科学家完成了这个工作,我们就姑且接受吧。但是,生活经验也显示,除了风速让我们感受不同的温度之外,空气中的湿度,皮肤表面的湿度,日光直接照射的程度,也都有影响。但是上述的风寒效应研究,却没有考虑这些因素。据上述网站在 2001 年 10 月 12 日修订的网页透露,他们正在研究如何将日光照射的因素纳入风寒效应之中,并计画在 2002 年底公布结果。详情请看上述网页。

以下是我根据加拿大版本的风寒感受公式制作出来的简表。首先,我将风速单位从公里/小时改成米/秒。因为我个人认为,对一个旅行者而言,要目测风速,可能是以每秒吹几公尺来估计比较简单。其次,加拿大的官方风寒表格是提供给她的国民对照官方气象报告使用的。因此,表格上的风速应该对照气象报告的风速。而气象报告的风速,是用 10 公尺高的风速计测量出来的他们的研究显示,一般人颜面高度(以 1.5 公尺计算)的风速大约是标准测量值的 2/3。我希望以下表格对徒步旅行的人比较实用,所以表格中的风速假设为颜面高度附近的风速,再除以 2/3 然后代入公式。

表格的横列是温度计的测量 (C),直行是风速 (m/sec),表格内部纵横相交的数据是暴露在外的一般人脸部皮肤所「感觉」的温度 (C)。灰色部份,表示暴露在外的皮肤有可能在 15 分钟内冻伤,需特别注意。



2014-01-12
冻伤与风寒图

PoPoutdoor 于 2014-01-12 13:15:24 编辑

----------------------------------------
海岸线行走。安全资讯 | 正確安全概念

 
旧帖 2012-08-06 00:20:33
Post #2
Re: [户外知识] 风寒效应
 
*琴* 离线 *琴* 谢谢!这个太重要了,好好学习!

----------------------------------------
脚踏大地,头顶蓝天,到处晃晃

 
旧帖 2012-08-06 03:24:24
Post #3
Re: [户外知识] 风寒效应
 
PoPoutdoor 离线 PoPoutdoor 资料更新

----------------------------------------
海岸线行走。安全资讯 | 正確安全概念

 
旧帖 2012-08-06 22:32:53
Post #4
Re: [户外知识] 风寒效应
 
秦楼月 离线 秦楼月 学习。

----------------------------------------
我行故我在

 
旧帖 2012-08-13 23:37:35
Post #5
Re: [户外知识] 风寒效应
 
阿飞.Fei2434 离线 阿飞.Fei2434 留印学习。

----------------------------------------
仗剑走天涯
【DIY阳台吧】阳台并不只是用来晒衣服滴:http://www.doyouhike.net/forum/teahouse/919472,0,0,1.html

 
旧帖 2013-01-12 18:20:15
Post #6
Re: [户外知识] 风寒效应
 
心远无极 离线 心远无极 帮顶下

----------------------------------------
马上相逢无纸笔,凭君传语报平安。

 
旧帖 2013-01-15 14:37:48
Post #7
Re: [户外知识] 风寒效应
 
phyver 离线 phyver 专业贴,顶。
送上“湿寒效应”:
其实我也不确定是否有这个概念,不过相关事实是客观存在的,湿度也与人体的冷热感受有关,并且也仅仅是主观感受,不改变实际气温。这个换算比较简单,增加10%的湿度(相对湿度值),冷感增加-1℃。越湿越冷。
在户外中,这个也相当重要。当我们去一个陌生地方,除了看气温准备保暖衣物外,也要看当地的地形环境和天气情况。雨、雾天会极大增加冷感,即使无风。
这也可以用来解释为何江南的冬季如此让北方人难以消受。
湿寒效应的可能原因:可能是与不同气体的导热能力和比热容有关,掺杂了水蒸气的空气,有可能增加了导热能力或比热容。如果有朋友能提供这方面的科学研究资料,分享一下吧。

----------------------------------------
欢迎收藏我的私人媒体——http://blog.sina.com.cn/phyver

 
旧帖 2013-01-16 00:09:42
Post #8
Re: [户外知识] 风寒效应
 
PoPoutdoor 离线 PoPoutdoor 楼上说的在上文已有提及

「风寒温度」不适用于死物上



为什么不适用于死物上?

我的说法(内容或许有错误的观点,欢迎指正!)

先说空气湿度的概念。空气湿度就是表达空气中处于气体状态的水(H2O)占达到饱和状态的比例,而饱和状态是空气中不能再增加一个气体状态的水分子(量度时的温度算,饱和状态就是 100%)。

再说能量转移的概念。热量属于能量的一种,高热量的物体正如水向低流 - 向相对低热量的周边扩散,直到内外达到一致的热量。

三说热传导体的概念。空气与液态水(标准室温)的热传导特性存在强烈对比 - 冷天盖绵被比较保暖,热天泡潭子可以消暑几乎无人不知 - 不需再解释。

四说冷凝现象的概念。煮食时锅盖上有水就是冷凝现象 - 气态水遇到低于气态温度的物体时,随著能量转移发生变态现象 - 份子从气态化为液态的物理定律,这就是冷凝现象。

排汗功能和空气湿度有什么关系?

动植物都有新陈代谢机制 - 也就有调节体内温度的生理现象:例如呼吸、排汗。植物方面只需要避免体内结冰就可以维持生命力,而动物必需维持一定体内温度才能够保持活动能力 - 需要用排汗方式快速把活动过程产生的热量带到体外。

1. 人体经常排汗 - 低温天气下排汗相对少,但是不可能停止排汗。
2. 汗的主要成分是水,排汗时热量转移到周边相对较冷的空气。
3. 空气湿度低的时候,水离开毛孔时能保持气态,空气的热传导性比较差。空气湿度高的时候,水离开毛孔时空气能容纳的气态水相对少,加上冷凝现象在接近皮肤表面出现(还有二次蒸发),空气的热传导性相对较强。

实际上皮肤表面热量转移效率在相同气温(低于人体内核温度算)下,形成湿度高失温快、湿度低失温慢的现象。
反过来说,这是南方夏天高温(高于或接近人体内核温度算)高湿下,比内陆区域发生较多热病的原因。

PoPoutdoor 于 2013-01-16 00:31:26 编辑

----------------------------------------
海岸线行走。安全资讯 | 正確安全概念

 
旧帖 2013-01-16 00:28:21
Post #9
Re: [户外知识] 风寒效应
 
PoPoutdoor 离线 PoPoutdoor 补充:风寒效应包含人体排汗功能、空气热传导效率的考量。

风速高低得出不同温度就是风越大越增加热量转移的速度,就是已吸收热量的空气流走快、给还没吸收热量的空气取代形成线性散热效率。反之,空气流走慢形成上升曲线散热效率。

----------------------------------------
海岸线行走。安全资讯 | 正確安全概念

 
旧帖 2013-01-17 00:01:20
Post #10
Re: [户外知识] 风寒效应
 
phyver 离线 phyver 一杯冷水、一杯温水和一杯热水。
将两手的食指分别插入冷水杯和热水杯,5秒钟后,再同时插入温水杯。
两个手指的感觉一样吗?
我还能回忆起这个实验,两个手指的感觉是不同的,人体的温度觉和真实温度是两码事。人体皮肤的冷感受器和热感受器是通过感知热传导方向来引发神经冲动,而非直接感知热量绝对值。
初中(我读书那会儿用的教材)还有个实验,在气温计球泡处抹酒精,用风吹(嘴吹)即可看到温度计读数下降。这个实验用来演示汽化热。同时,老式湿度计的构造就是由一个温度计加一个储水槽,用棉纱布一头泡在水里一头绑住温度计球泡,一旁是对照用的正常温度计,通过读取两个温度计的差值来换算得湿度值。湿度计的原理就是汽化热导致的温度下降逆推相对湿度。

风寒效应从机制上解释起来很简单:
教科书式的解释如下:
汗液的分子从汗液表面跑出来成为水蒸汽分子,如果人处在一个空气相对静止的环境中,这些水蒸汽分子就会滞留在人体皮肤附近,形成一个“保温层”,“保温层”中水蒸汽越来越接近饱和状态(空气相对湿度越来越大),结果汗水蒸发速度越来越慢,使人感到闷热。这时如果有一股风吹来或打开电风扇,“保温层”就会被吹走,人体周围的空气相对湿度将减少,汗水蒸发速度增大,使人有一个凉爽的感觉。
保温层的破坏是关键,穿全密封服装(如宇航服)的人不存在风寒效应。
风寒效应的量化计算肯定取决于生物或机器的冷感受器的触发方式和体(物)表散热模式两方面。

当气温在24℃时,空气中的湿度相对而言对人体冷热感觉影响较小,人既不觉得冷,又不感到热。24℃的空气带走人体一部分热量,而人体内产生的热量则弥补空气带走的那部分热量,人体保持了相对的热平衡,从而感觉良好。当气温低于或高于24℃时,人就会有明显的冷热感觉,此时相对湿度便会对人体的冷热感觉起到很大的作用。例如,当气温是25℃,相对湿度为30%时,人体没有什么冷热感觉;同一温度若相对湿度增大到95%,人体便感觉到闷热了。有人测定,气温是17.8℃、相对湿度为100%时,人体的冷热感觉与气温是28.6℃、相对湿度为20%时是相同的。

湿寒效应机制不太直观,湿度计的读数(其实就是温度读数),当然是环境相对湿度越低,读数越低;但人体反而是相对湿度越高,感受到流失热量加快。
有资料在谈论牲畜的湿寒危害的时候,笼统提到是湿空气的热导率增加的缘故。但数据显示100℃下干空气和水蒸气导热系数相差不大,两者混合后的湿空气,40℃以下是温度越低绝对湿度越低导热率越低,40℃以上则相反。湿空气比热容的计算比较简单=1.01+1.88×绝对湿度,是干空气和水蒸气两种气体比热容的线性叠加,湿度增加确实会导致湿比热容增加。
也许真的是两者共同作用,让低温时人皮肤感到越湿越冷。不过对于每增加10%的相对湿度,冷感增加-1℃的说法,应该是在接近0℃时候的情况。
空气湿度高的时候,水离开毛孔时空气能容纳的气态水相对少,加上冷凝现象在接近皮肤表面出现(还有二次蒸发),空气的热传导性相对较强。
这句不是看得很明白,冷凝现象和热导强是因果关系吗?汽化和液化的微观过程是热学教材必讲之内容。汽化时水分子脱离液面的速度取决于液面温度,温度越高则水分子脱离越快,与液面上方空气湿度无关;液面捕获水汽分子的速度则与空气湿度有关;而汽化速度等于脱离与捕获两者之差,这是两个独立过程构成的动态平衡。如果考虑水分子的交换,除了出汗,还有皮肤本身的交换,皮肤也是半透膜,具有防水透气的功能,只是透过小分子的效率很低而且有选择性。在冬季极冷的环境下,出汗量少,皮肤本身失水在总的水汽化中的比例就增加了。写到这里,我豁然开朗,人体内水分子无论通过汗腺还是粘膜还是表皮的鳞状上皮细胞进入环境,它的速度与环境湿度无关,一个确定的个体在某个时刻有确定的体表温度和体表干湿状态,它就几乎以恒定的速度脱离体表,带走热量,这部分是干空气下的正常失热;但环境中的低温水汽分子同时在不断被体表捕获(不论是液化,还是吸附),人体捕获低温水分子的过程就是失热的过程,这部分是湿空气导致的额外失热,显然环境湿度越大,捕获速度越快,体表失热越快,于是,我们的冷感受器就感受到了更强烈的热流失,它分不清这种热流失是气温下降导致还是别的原因,大脑一律视之为气温降低,于是我们的主观温感就比实际气温低了。而干冷空气的环境下,环境中的低温空气分子是无法被体表吸收的,会反弹回环境中,所以干冷空气就不会存在上述的失热过程。我觉得楼主想到冷凝是正确的方向,不过不是去解释热导率,若认为湿寒现象与空气中低能水分子在皮肤表面被捕获有关,可谓摸到关键了,很高兴,谢谢。
phyver 于 2013-01-17 00:19:44 编辑

----------------------------------------
欢迎收藏我的私人媒体——http://blog.sina.com.cn/phyver

 
旧帖 2013-01-17 04:55:57
Post #11
Re: [户外知识] 风寒效应
 
PoPoutdoor 离线 PoPoutdoor 楼上的补充很好, 比我说的更深入和正确~

这句不是看得很明白,冷凝现象和热导强是因果关系吗?

我说的点子在物理性方面 - 变态过程需要吸收或释放能量, 而这些能量差值必定反映到环境中.

关于热传导的概念都是中学时期学习, 只懂最基本的东东,谢谢分享 smile

----------------------------------------
海岸线行走。安全资讯 | 正確安全概念

 
旧帖 2013-01-17 13:01:59
Post #12
Re: [户外知识] 风寒效应
 
流光废物 离线 流光废物 科普些物理知识

不同物质,同一物质在不同状态和温度下的物性差很多,混合物比如空气、水也是如此。
物质三态或者说三相:气,液,固。
就拿水来说,或者说H2O,纯H2O在标准大气压下的冰点为0C,低于0C为固态,称为冰,0C-100之间为液态,称为水,100C以上为气态,称为水蒸气。自然界中水,冰都混有杂质,相变点和纯H2O有差别,比如含有26%的乙二醇的水,冰点为-13℃。

在相变的临界点上又可能存在过饱和,欠饱和的情况,同一物质不同相时分子力和分子间距是量级差别,让人从直观上感觉到密度、比热的差别。比热容的单位是:能量/(质量*温差)
一些不太严格的资料上显示
物质                    化学符号 相   比热容J/(kg·℃)
水蒸气                  H2O        气   1850
水                       H2O        液   4200
冰                        H2O        固   2060
空气(海平面、干燥、0℃) 混合气体  气  1005

风寒效应意味着相同比热,温差,时间的情况下,风速越快,质量越大,传导的热量越多。
湿寒效应意味着相同风速,温差,时间的情况下,比热容高,质量相同,传导的热量不同。
 
旧帖 2013-01-17 14:45:54
Post #13
Re: [户外知识] 风寒效应
 
phyver 离线 phyver
PoPoutdoor wrote:
楼上的补充很好, 比我说的更深入和正确~

我说的点子在物理性方面 - 变态过程需要吸收或释放能量, 而这些能量差值必定反映到环境中.

关于热传导的概念都是中学时期学习, 只懂最基本的东东,谢谢分享 smile


您太客气了,这个问题不被提出来,肯定也不会去想那么细。能把所学用到,是很有成就感的事,随讨论而有新发现的感觉就和徒步时过了一个山头看到新风景一样美好。今天上午还想到,死物能否有风寒效应,是有条件的。应该是死物表面若存在汽化过程,就有风寒效应;若没有或近似没有汽化过程,就没有风寒效应。

----------------------------------------
欢迎收藏我的私人媒体——http://blog.sina.com.cn/phyver

 
旧帖 2013-01-17 15:33:12
Post #14
Re: [户外知识] 风寒效应
 
phyver 离线 phyver
流光废物 wrote:
科普些物理知识

不同物质,同一物质在不同状态和温度下的物性差很多,混合物比如空气、水也是如此。
物质三态或者说三相:气,液,固。
就拿水来说,或者说H2O,纯H2O在标准大气压下的冰点为0C,低于0C为固态,称为冰,0C-100之间为液态,称为水,100C以上为气态,称为水蒸气。自然界中水,冰都混有杂质,相变点和纯H2O有差别,比如含有26%的乙二醇的水,冰点为-13℃。

在相变的临界点上又可能存在过饱和,欠饱和的情况,同一物质不同相时分子力和分子间距是量级差别,让人从直观上感觉到密度、比热的差别。比热容的单位是:能量/(质量*温差)
一些不太严格的资料上显示
物质                    化学符号 相   比热容J/(kg·℃)
水蒸气                  H2O        气   1850
水                       H2O        液   4200
冰                        H2O        固   2060
空气(海平面、干燥、0℃) 混合气体  气  1005

风寒效应意味着相同比热,温差,时间的情况下,风速越快,质量越大,传导的热量越多。
湿寒效应意味着相同风速,温差,时间的情况下,比热容高,质量相同,传导的热量不同。

谢谢。
等压条件下,湿空气密度比干空气小。这导致湿比热容的增加被它的质量减少所抵消,不过到底是完全抵消过度抵消还是部分抵消,没算过。总之,单纯考虑湿比热容增加,似乎还不够给力。

我觉得湿寒效应、包括湿热效应(24℃以上时),应该还是挺复杂的,是它的传热方式不简单。
在理想气体和器壁构成的模型中,若气体和器壁存在温度差,传热过程在微观局部就是通过气体分子碰撞器壁来实现热传导(热辐射忽略,对流是气体内部运动,和器壁界面上的微观局部机制无关)。根据教科书上的提示,在研究热导时,湿空气仍可假想为理想气体。若现在器壁换成液面,比如一杯热水,水面上是来自环境的低温湿空气,那么热水传导热量给上方的湿空气的过程,就多了一种液化-汽化过程。就是湿空气中的低能水分子被液面捕获,而液面汽化时释放入上方空气中的是高能水分子。这种直接替换的过程,当然热导效率高多了。而一般的热导系数的定义和计算,是正常情况下,通过计算单位时间单位面积通过一定厚度的热介质的热流量来实现的。比如一个密闭容器内装入湿空气,容器A器壁温度高,B器壁温度低,通过计算若干时间后A降温和B升温的情况,结合AB的热容,就可以算出热流量。这样算出的热导率,是任意一种气体(包括混合气体)自身决定的,和装在什么样的容器中无关。这种热导率是可以查表的,这种热导率查表得到的数据提示干湿空气的热导率相差很小、非线性,且突变点和人体主观温感突变点不一致。
液化-汽化过程直接实现冷热分子的交换,导致了热导效率大大提高,我想,这应该就是为何数据提示差别小,但主观感受差别大的原因。
其实,风寒效应从本质上,也是通过气体团宏观流动(风),提供了一种额外且高效的热交换途经——即通过热交换界面空气团的直接冷热替换实现热交换。所以,我感觉全部想通了以后,解释风寒效应和湿寒效应,两者其实异曲同工,一下思路通透多了。
phyver 于 2013-01-17 15:44:23 编辑

----------------------------------------
欢迎收藏我的私人媒体——http://blog.sina.com.cn/phyver

 
旧帖 2013-01-17 18:35:25
Post #15
Re: [户外知识] 风寒效应
 
环游深圳 离线 环游深圳 学习!

----------------------------------------
安全户外,快乐驴行!

 
旧帖 2013-01-18 04:31:04
Post #16
Re: [户外知识] 风寒效应
 
PoPoutdoor 离线 PoPoutdoor
phyver wrote:
您太客气了,这个问题不被提出来,肯定也不会去想那么细。能把所学用到,是很有成就感的事,随讨论而有新发现的感觉就和徒步时过了一个山头看到新风景一样美好。今天上午还想到,死物能否有风寒效应,是有条件的。应该是死物表面若存在汽化过程,就有风寒效应;若没有或近似没有汽化过程,就没有风寒效应。

互相学习,我不客气照单全收了 big smile

湿寒效应小结

1. 湿寒效应生物或死物都适用,可以通过量度表面温度验证。
2. 死物的湿寒效应需要靠外物来实现,例如老式湿度/温度计需要借助水的变态过程发挥功效。
3. 植物因为生物结构上的差异,相比动物的湿寒效应落差较强烈。
4. 动物的湿寒效应关键在排汗功能引发的连串物理现象,要点是体表气态水分子与空气中液态水分子的交互作用。
5. 风寒效应与湿寒效应背后的科学原因大致相同,差异在量化时取用的重点
6. 科学关键字:热传导,相对湿度,物理性变态

----------------------------------------
海岸线行走。安全资讯 | 正確安全概念

 
旧帖 2013-01-18 04:46:53
Post #17
Re: [户外知识] 风寒效应
 
PoPoutdoor 离线 PoPoutdoor
phyver wrote:
我觉得湿寒效应、包括湿热效应(24℃以上时),应该还是挺复杂的,是它的传热方式不简单。

直观上两者好象是同一过程的两极现象...湿热效应背后牵涉到更多的外界因素 - 环境温度高、气态分子碰撞概率非线性增加,还有例如大气中 CO2比例改变都影晌到导热指数,真的很复杂(或许我想错方向)

----------------------------------------
海岸线行走。安全资讯 | 正確安全概念

 
旧帖 2013-01-23 00:40:45
Post #18
Re: [户外知识] 风寒效应
 
lenticule001 离线 lenticule001 对于湿寒或湿热效应,无论如何理解水分子的微观运动过程,若不考虑辐射和对流换热,那么就是一个简单的热传导过程,其直接的影响因素也就是干湿空气状态下的热导率的不同。但这种不同不仅仅源自于裸露皮肤与湿空气间的热导率增大了,还包括湿空气使衣物的保暖性能降低,也就是说,保暖材料的热阻减小了,而这是必须要考虑的因素。至于比热容,不知和在讨论的湿寒/湿热效应有什
么直接关系。对于无边界的外部环境,考虑人体散热量时还要考虑热阱能不能接纳人体散发出的热量吗?不可解…

对于风寒效应,无非是风改变了对流换热对热量散失的贡献而已。如果风的这一贡献不再存在,那么自然不必再去考虑风寒效应,而这无关乎所讨论的对象是死物还是活物。

----------------------------------------
无兄弟,不户外。
不抛弃,不放弃,同出共归。

 
旧帖 2013-01-23 15:29:32
Post #19
Re: [户外知识] 风寒效应
 
phyver 离线 phyver
lenticule001 wrote:
对于湿寒或湿热效应,无论如何理解水分子的微观运动过程,若不考虑辐射和对流换热,那么就是一个简单的热传导过程,其直接的影响因素也就是干湿空气状态下的热导率的不同。但这种不同不仅仅源自于裸露皮肤与湿空气间的热导率增大了,还包括湿空气使衣物的保暖性能降低,也就是说,保暖材料的热阻减小了,而这是必须要考虑的因素。至于比热容,不知和在讨论的湿寒/湿热效应有什
么直接关系。对于无边界的外部环境,考虑人体散热量时还要考虑热阱能不能接纳人体散发出的热量吗?不可解…

对于风寒效应,无非是风改变了对流换热对热量散失的贡献而已。如果风的这一贡献不再存在,那么自然不必再去考虑风寒效应,而这无关乎所讨论的对象是死物还是活物。

提出的新的看法,不过细想之下,有些差别还是无法抹杀。
这个热阱问题我个人认为是个问题。区别在于我们讨论的是一个持续动态问题(这也是活体和死物的区别,只有活体,就永远不可能达到静态热平衡),而非静态热平衡分析。仅仅套用静态分析下的客观规律和经验直觉,恐怕会有所疏漏。在地理学上也有个概念,叫壅水效应,我觉得是类似的,虽然不存在大海接纳不了水源的问题,但下游水位抬高,确实会引起上游下泄速度下降。假如河道横截面与坡降固定(即类似于热导系数确定),下游已经容纳的水就影响到了上游的下泄速度。这是我的个人观点,在热传导(不是热传递,后者包括辐射和对流)过程中,是微观过程的积累——离不开分子间的能量传递,而壅水效应是一个纯宏观过程,是否可以套用,我也不确定。我个人觉得,从微分的理解方式来看,每一段微小距离内,都存在接纳问题。而在生活中,把手放在静止的冰水中,和放在与水的热导率相近但热容差别很大的一块物体(比如某种湿度和材质的木材、塑料)中,感受到的温感相差很大,当然,这个里面多少是热容差别造成的,还有待实验证实。如果设计实验的话,可以在水面压一块薄膜,并且手从上面按在水面上,来尽量排除对流及有效接触面积的影响。
如果是静风状态,体表有保温层,保温层是一系列的圈层,从近到远排列,在局部,都离理想的无边界外部环境相差很远。只有热传递极快,导致局部不存在热积累,此时,温度梯度存在跃变,环境才接近理想无限热阱。在地理上如同水流经悬崖(海拔梯度跃变位置)跌落成瀑布,下游的水位才不影响跌落速度。其实,有风,加快了热传递,才让体表环境更接近一个无限热阱,但问题是这么一来就篡改了问题本身。湿寒效应就是讨论无风下湿度的影响的。又有风又有湿,那是两个效应的综合。
不过这应该不影响结论,因为即使充分考虑热容,干湿空气间差别也太小,只能成为一个次要因素,我之前已经放弃用热容差来解释了。

另外,我之前已经说了查表结果,因为空气和水蒸气的热导系数相差很小,所以干湿空气热导系数也相差很小,千分之几到百分之几(我们的神经感受器的灵敏度够吗)——这绝非我一己之观点,我觉得没必要对此纠缠或篡改热导系数的定义。尤其是衣物的热阻(不就是热导的概念嘛)不就是衣服材质本身的热导率和衣服内部隔离的死空气的热导率两方面决定的嘛。这两个热导率,前者是随衣物确定;后者和没有衣服的其他体表空气一样,干湿影响很小。所以最终的结论只会是,蓄积了不同干湿空气的衣物的热导率变化不会超过干湿空气本身的热导率变化,也就不会像您说的那样成为一个额外的导热因素。您说“不仅仅源自于裸露皮肤与湿空气间的热导率增大了,还包括湿空气使衣物的保暖性能降低”——湿空气使衣物的保暖性能降低就是因为湿空气的热导率增大在衣物中的表现形式,当成额外效应,就成了重复计算了。何况,也没有证据证明湿寒效应仅存在于穿着衣物的人类身上,那些体表被毛、被羽毛、被鳞、什么都没有被的生物,它们没有这种温感上的差别。正相反,我的看法是衣物的存在,由于隔绝了空气的宏观流动,阻碍了湿度的交换,导致减弱了冷热两种水汽分子在体表保温层中的分布梯度大小,只会减弱湿寒效应(同时,衣物也是减弱风寒效应的,这个好理解)。

衣物的影响只有在一种情况下变得不可忽略,那就是局部相对湿度过大,导致了水蒸气在衣物纤维上凝结成液态水。那么不同材质面料的衣物会导致不同的凝结程度,这些液态水会影响皮肤温感。但湿寒效应可不是一个临近饱和湿空气才具有的效应,湿寒效应讨论的是湿空气与人体温度感受器的相互作用,湿空气内部是不存在液态水的,在从10%到60%这样远离凝结的相对湿度变化中,仍存在湿寒效应。
phyver 于 2013-01-23 16:11:23 编辑

----------------------------------------
欢迎收藏我的私人媒体——http://blog.sina.com.cn/phyver

 
旧帖 2013-01-23 15:53:28
Post #20
Re: [户外知识] 风寒效应
 
PoPoutdoor 离线 PoPoutdoor 提一个概念: 质量与外部系统关系

当处于室内, 物体与室内空气质量比例相对处于室外为高: 这个影晌能量平衡速度和达到热平衡的温度.

对于死物, 只需用简单的公式算; 对于生物, 需要额外考虑体内热量生产速率和当中出现的水分子交互作用.

----------------------------------------
海岸线行走。安全资讯 | 正確安全概念

 
旧帖 2013-02-23 16:54:39
Post #21
Re: [户外知识] 风寒效应
 
PoPoutdoor 离线 PoPoutdoor 转一篇有点关连的科普消息

姆潘巴現象

http://www.bbc.co.uk/zhongwen/simp/uk/2013/02/130222_tenglong_mpemba_effect.shtml

伦敦。英国皇家化学学会。教授、学者、专业研究员、业余发烧友,济济一堂。

谈笑皆鸿儒,来往无白丁。

年逾花甲的姆潘巴(Erasto Mpemba)千里迢迢也从坦桑尼亚赶来。姆潘巴是个森林管理员,说白了就是一个看林子老头儿。

但姆潘巴可不是个“白丁”。他是应邀作为荣誉嘉宾,为以他的名字命名的“姆潘巴奖”的获胜者颁奖的。

故事要回到五十年前的坦桑尼亚,姆潘巴的孩提时代。

牛顿的定律你学会了吗?

1963年,在坦干伊卡湖畔(Lake Tanganyika)一所中学读书的姆潘巴在家里制作冰淇淋时,偶然错将滚沸的牛奶与常温的牛奶一起放入了冰箱冷冻。结果,他发现,热牛奶结冰速度快过冷牛奶。

再用沸水与温水对比试验,出现了同样不可思议的结果。

第二天,他问学校的物理老师这是为什么。老师回答说,道理很简单:不可能!

姆潘巴没有被老师的不屑吓住。第二年转到另一所中学,他向老师提出了同样的问题。

不同的老师一样的回答。老师说,看来牛顿的冷却定律你还没有学会呀。姆潘巴只能坚持说,实践结果与理论不一样。

老师讥讽说,看来有两种物理,一种是放置四海皆准的物理,一种是“姆潘巴物理”。

姆潘巴现象的诞生

1968年的一天,一位著名的物理学教授来到学校访问。物理老师说,大家有什么问题要问尊贵的物理学家?

姆潘巴的机会终于来了。“如果将两个盛着相同体积的水的容器,一个水温35摄氏度,另一个100摄氏度,将两个容器放入冰箱,100摄氏度的水先结冰”。

姆潘巴高举着手,不顾同学们的起哄,一脸倔强的问:“为什么”?

那个来学校访问的“尊贵的客人”,就是在首都达累斯萨拉姆大学讲学的英国物理学家奥斯伯恩教授(Prof. Denis Osborne)。



同学哄堂大笑,老师一脸尴尬,奥斯伯恩教授无言以对。但他没有否定姆潘巴,只是问,你自己动手实验了吗?姆潘巴说,反反复复很多次。

奥斯伯恩教授回到实验室,立刻动手实验,反反复复很多次,结果都一样:热水结冰速度快于冷水。

1969年,奥斯伯恩教授与姆潘巴联合发表了一份报告,论述这一现象。“姆潘巴现象”(Mpemba effect)诞生了。

最接近可能的解释

50年后,对“姆潘巴”现象仍然没有一个令人信服的解释。于是,英国皇家化学学会在去年夏天搞了一个有奖竞征活动,悬赏1000英镑,破解“姆潘巴现象”。

本来只是个科普活动,搞个把月就结束,没想到一石激起千层浪,来自122国家的应征者寄来了22000份答案,其中,来自中国的就有880份。

经过半年多的评选,日前终于确定了获胜答案,由姆潘巴亲自颁奖,出现了文章开头的一幕。

提供最佳答案的是来自克罗地亚的一位叫布勒格维克(Nikola Bregovic)的年轻人、萨格勒布大学的助理研究员。他的解释是,“姆潘巴”现象是由于对流和超级冷却导致的(convection currents and supercooling)。

跳出圈子思考

布勒格维克的解释对我来说像听天书,不敢不懂装懂。实际上,评选委员会对他的解释也不尽满意,只是在认为在收到的所有答案中,最可能接近实事的解释罢了。

其实这并不重要。在22000份答案中,有351份的答案竟然都是以同样的一句话开头:“我不是搞科学的,但是…”

负责评审的奥斯伯恩教授说,这个活动如此吸引人,正因为它是身边的科学,人们家里都有冰箱,人人可以动手一试,而且结果出人意料。

但“姆潘巴”现象最大的价值,奥斯伯恩教授50年后的今天总结说,是“它鼓励人们跳出圈子思考,敢于挑战权威”。

当然,如果能对“姆潘巴”现象作出一锤定音的、无可辩驳的解释,也同样有价值。

各位读者,回家动手试试?

----------------------------------------
海岸线行走。安全资讯 | 正確安全概念

 
旧帖 2013-02-24 22:51:06
Post #22
Re: [户外知识] 风寒效应
 
phyver 离线 phyver
PoPoutdoor wrote:
转一篇有点关连的科普消息

姆潘巴現象


各位读者,回家动手试试?


我第一次看到这方面的故事是在初中的时候,一本很正经的科普书中,其中包括了所能收集的各方面的解释。

过了很久之后,因为在夏天想早点吃到冰,就想到利用这个现象,就违反冰箱的使用说明和父母有关爱护冰箱的教诲,把热热的掺了果汁的水放进冰箱冷冻室。然后就发现根本不是这么回事,然后就困惑了,想着可能是自己的某些条件不满足吧。

又过了很久,当自己已经不是学生的时候,听说有学校的课外兴趣小组有验证的活动,好像CCTV也播出了,总之,就是说,这个故事就是一个坑!就和那个温水煮青蛙、菠菜含铁高之类的坑一样!

相信常识,还是很有道理的——如果高温液体先凝固,它总得经过低温液体当初的温度,那么从那时候开始,它的速度(或冷凝轨迹)和低温液体所经历的应该是一样的。这个逻辑矛盾很明显。如同用把重球和轻球绑在一起到底是更快还是更慢的逻辑困境可以轻松导出亚里士多徳越重越快理论的荒谬。

当然,这个坑在于它太容易被验证了。这个世界估计有许许多多所谓神秘事件其实就是空穴来风的,只是我们无从验证而已。另外,这说明科普作家和科学家确实是有本质区别的两种职业。

如今,这个故事依然顽固的传播着,如同温水煮青蛙依然被许多人当成一个典故来念叨……

----------------------------------------
欢迎收藏我的私人媒体——http://blog.sina.com.cn/phyver

 
旧帖 2013-02-25 02:21:53
Post #23
Re: [户外知识] 风寒效应
 
PoPoutdoor 离线 PoPoutdoor BBC 网(科学方面)的内容主调就是科普, 相对是属于严谨的。

姆潘巴現象我在很多年前在电视节目里看过,可能是当时没有正式冠名就没在意...

楼上的实验失败我不确定原因 - 可能是热量超出制冷能力吧?

发贴之前我做过实验,用少量的沸水和冷水放到制冰容器的两端方便对比 - 沸水真的比冷水快凝结!

对流运动速率在于温差,这点比较容易理解 - 可是这现象背后表达出冷水和沸水存在动态导热率差值,而这个差值无法用已知科学理论做出解释 - 确实是个有趣的话题 smile

或许这现象逃不出能量不灭定律,答案可能在量子物理学层面吧?

----------------------------------------
海岸线行走。安全资讯 | 正確安全概念

 
旧帖 2013-02-25 23:04:45
Post #24
Re: [户外知识] 风寒效应
 
phyver 离线 phyver
PoPoutdoor wrote:
BBC 网(科学方面)的内容主调就是科普, 相对是属于严谨的。

姆潘巴現象我在很多年前在电视节目里看过,可能是当时没有正式冠名就没在意...

楼上的实验失败我不确定原因 - 可能是热量超出制冷能力吧?

发贴之前我做过实验,用少量的沸水和冷水放到制冰容器的两端方便对比 - 沸水真的比冷水快凝结!

对流运动速率在于温差,这点比较容易理解 - 可是这现象背后表达出冷水和沸水存在动态导热率差值,而这个差值无法用已知科学理论做出解释 - 确实是个有趣的话题 smile

或许这现象逃不出能量不灭定律,答案可能在量子物理学层面吧?



既然文本中已经说了姆潘巴物理不同于放之四海而皆准的普通物理,看来那些解释读起来怎么总觉得牵强就不奇怪了。
那个图中曲线看出,显然出现了过冷现象延迟了冷水的凝结。文本中说超对流应该就是避免过冷的机制吧?我记得解释中有多半都是围绕凝结核的问题作文章。但这不能完全消除其牵强。
如果姆潘巴现象只是过冷现象的一种特定表现形式,那事情也就没什么神奇了。应该考虑以下几种情况:
1、沸水是必须的吗?还是其他更低温度的热水都比冷水凝结得快?(这可能是我实验看不到该现象的原因)
2、沸水如果可以更快,那么它所能赶超的那些冷水的水温的范围是多少,难道是任意温度下的液态水?试想,如果沸水和冰水混合物比凝结速度,谁快?
3、如果真的是凝结核的问题,如果人为向冷水中补充凝结核,直到制得一种可以消除过冷现象的冷水(或冷水的分散系),它是否可以恢复正常的冷凝速度而不再被沸水所赶超?
4、冷柜的温度有没有要求?是否-0.01℃的冷柜和-100℃的冷柜中的结论都是一样的?这个问题可以引申为沸水从煮沸状态到开始冷冻是否有时间要求?是否超过一定时间,这个沸水就“失活”了?冷水可以是自然冷水(如井水)之外,也可以是沸水的冷却水(如热水壶或茶杯中的过夜水)或冷凝水(比如雨水),水库水(通常的自来水来源)就比较复杂了。如果参与比较的冷水是沸水的冷却水,那么这样的冷水和沸水比凝结速度,其实只是它们的起跑时间不同而已。好比我在冬季哈尔滨的户外,8点钟的时候放了一杯沸水,8:10的时候再放一杯新的沸水(此时前面一杯沸水已经是冷水了),结果因为狗血的姆潘巴现象,我居然看到了后放的沸水先冻住了,你说,这是不是完全违背常识?要是我8:15的时候放了第三杯沸水,会如何呢?……如果姆潘巴现象一直有效,T杯沸水冷凝时间都要早于T-1杯沸水,那我依次如法炮制,当我放第N杯沸水的时候,总能取到一个N值会让我这杯沸水一放下去就瞬间凝固了。唉,姆潘巴现象经不起推敲,背后是显而易见的逻辑悖论。
5、从汞到石蜡,液溴到熔融的玻璃,诸如此类的其他液体的表现呢?
另外,假如姆潘巴现象真的超越了普通物理,那么我相信一定能设计出一种基于该现象的全新的热机,甚至是某种永动热机。
想来想去,如果这真的是有什么奥妙,欲争得诺奖的人们肯定不会放过的,但据我所知,无论是理论物理还是应用物理学界,这都是一个冷得无人理睬的课题。它最被津津乐道的领域还是科普,呵呵

我也来科普一下吧。我给出我的解释:姆潘巴现象就是一种过冷现象!空气在水中溶解度随温度上升而下降,水在沸腾时,原来溶解在水中的大量气体过饱和而逸出,这些气体逸出时最初聚集起来的气泡就是水的汽化中心,如果没有这些汽化中心(以及器壁提供的汽化中心),那么水会出现过热现象。新鲜的沸水意味着水中仍有大量的纳米级的汽化中心,这些极其微小的气体团在水冷却时,会缓慢溶于水,彻底分散为单分子溶液;或上浮逸出。若这个过程来不及完成,水温就降到了冷凝点,那么这些原来的汽化中心就摇身一变,变成了凝结中心。如果沸水和冷水(包括其同等分散系)的凝结核的水平相当,并且都是充足的,那么姆潘巴现象就可以消除。如果把新鲜的沸水迅速掺入冰水中混合出一种冷水,那么就可能由于打破了双方凝结核水平的悬殊差异而导致姆潘巴现象不明显。如果在冷水中撒入大量碎冰屑(补充凝结核),也会消除姆潘巴现象。最容易发生姆潘巴现象的条件是:新鲜的沸水与长期静置的冷水(最好是充分沸腾过后又被长时间静置)之间比较,冷柜的温度也足够低(并且也不是那种逐步制冷的冷柜)。

MARK
有机会可继续深入实验哈
phyver 于 2013-02-25 23:48:20 编辑

----------------------------------------
欢迎收藏我的私人媒体——http://blog.sina.com.cn/phyver

 
旧帖 2013-02-26 01:16:32
Post #25
Re: [户外知识] 风寒效应
 
PoPoutdoor 离线 PoPoutdoor 楼上,本人不是搞科研的...科学知识水平可能比一般人略懂多一点(少年时代比较好奇,什么也去探究一下就多懂一丁点) wink

过冷现象搞不懂(也懒去网上查资料),无法继续讨论下去~


----------------------------------------
海岸线行走。安全资讯 | 正確安全概念

 
« Prev12Next »
转帖分享
» 论坛 » 安全回家 » [户外知识] 风寒效应 10

 邀请xuliang1215参加此活动