十萬個為甚麼 | 點解一樣溫度 淋水會凍過吹風? 其實係水帶走咗啲嘢

蘋果日報 2021/02/24 00:13

十萬個為甚麼比熱容量熱力第零定律物理學

夏日炎炎最適合用凍水沖身,既清爽又涼快,不過當你留意到水溫計上顯示25度,竟然和外面的氣溫一樣!你一定會想,為何我會覺得水比較涼爽呢?是不是你的東西壞了?
首先我們要先了解人如何感受冷熱的分別。當一件較高溫度的物件接觸另一件較低溫的物件時,熱力就會從高溫的物件流向低溫的物件;當相差的溫度越大,熱力流失的速度就會越快;直至兩件物件有相同的溫度,熱力流才會停止。這個現象為整個熱力學説提供最重要的基礎,包括熱力的特性,和界定不同物理量的特質,所以物理學家將這個現象名為熱力第零定律(Zeroth Law of Thermodynamics)。
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明明外面的溫度和沖涼水的溫度一樣,點解我們會覺得沖涼水比較凍呢?
當熱力從我們的身體流失時,人的神經細胞自然會感覺出分別,令大腦覺得身邊的溫度變冷。但這也無法解釋為何相同溫度的水和空氣感覺會有分別,因為其實溫度的差別只是整個答案的一小部份。
為了讓大家更容易明白,就打個譬如,想像一下我們身上的熱力都兌換成一個個樂園裏的代幣,在樂園裏面你會遇見一個售賣氣球和水的工作人員,他告訴你一個氣球要一個代幣,而一瓶水就需要四個代幣。如果你要買下相同數量的氣球和水,那麼你買水需要付出的代幣就一定比買氣球的很多。
在現實中亦都一樣,物理學家將一種物質的吸熱能力稱為比熱容量(Specific heat capacity)。水份的比熱容量比空氣高,當我們身邊流過相同份量的空氣和水時,水會帶走我們身上更加多的熱力,令我們感覺到水比較冷,溫度較低,但實際上只是不同的傳熱速率從中作祟。
除了比熱容量的不同,水蒸發時所需的能量亦多很多,所以亦會帶走我們身上大量能量。加上空氣的流通程度會令水的蒸發速率有所不同,簡單來說,越多空氣經過我們濕透的身體,越多水份子會被蒸發。這亦都解釋當我們從泳池上水的時候,一陣風吹過會令我們感到冰凍。
吸熱能力高的水,除了是凍水沖身的好夥伴,還有很多地方都可體現這特性。一,身體的汗水就是令熱力離開身體的其中一個途徑;二,許多工程上的冷卻途徑都是利用水吸走熱力,例如大至引擎,小至電腦的冷卻系統;三,甚至海風比較涼是因為海水吸走空氣中的熱力,令海風「涼浸浸」。
Reference:
Callendar, Hugh Longbourne (1911). “Thermodynamics” . Encyclopædia Britannica. 26 (11th ed.). pp. 808–814.
撰文:inscie
動畫:怪奇
編輯:鄒仲安
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