(一)、熱量的傳播

熱傳導(Conduction)

血液的熱傳導 皮膚表層的溫度都比體溫低很多(手溫:血液由較高溫的體內,逐漸降溫流向低溫的手指頭後,又再昇溫回到心臟。) 離開皮膚表面的熱流會將周圍的空氣加溫。由於空氣是不良的熱傳導體,因此熱傳導所散失的熱量只用來加熱皮膚表層一小段空氣。( 衣服和絕熱 )

熱對流(Convection)

電扇的熱對流 自然對流: 無風時,人的皮膚溫度為31 ℃。

強制對流: 若風速=2m/s,皮膚的溫度會降低7℃ ;

若風速=6m/s,皮膚的溫度會降低22 ℃。

熱幅射(Radiation)

衣服的熱幅射
  • 理想『黑體』能夠吸收所有輻射到表面的電磁輻射波,也能夠 最有效率的輻射出電磁波 ,其 發射率為 1.0;光滑的『白色』表面幾乎反射所有的電磁輻射波,本身也不對外產生熱輻射,發射率為 0。 (Janet’s Cabinet)

  • (二)、動物的體溫

    哺乳類-溫血動物

    北極熊 北極熊是軀體最大的肉食性動物之一,雄性的身長達二點五公尺,體重達一噸,其皮毛和脂肪甚厚,可耐寒至攝氏零下八十度。 (珍禽異獸錄)

    討論:

    傳導:脂肪 K,皮毛 d 對流:皮毛阻礙對流

    大猩猩 大猩猩是靈長類中軀體最大的動物,雄性大猩猩以四肢著地時高達一七五公分,比人類的平均身高還高,如果他直立起來,約有二公尺的高度,體重可達二七五公斤;雌性身高及體重較小。(珍禽異獸錄)

    鳥類

    帝雉 羽毛具保溫及防水功能。(珍禽異獸錄)
    禿鷹

    美國於一七八二年採用禿鷹作為國印的標記,禿鷹的身長介於五十至九十公分之間,兩翼張開在二公尺左右,體重四至六公斤,雌性的身驅大於雄性。(珍禽異獸錄)

    爬蟲類

    大海龜

    大海龜是食草性的爬蟲類動物,頸子可以伸得很長,這使牠能夠摘食較高的樹葉,其動作緩慢,壽命可達百年已上。由於牠不耐低溫,因此冬季便成群自海邊爬行至火山帶的平原,而棲於植物繁茂的湖泊。(珍禽異獸錄)
    琲e鱷 冷血動物的好處為代謝率很低,譬如鱷魚一年不進食也不致死亡;其壞處是因為本身不具調節體溫的功能,因此容易因氣溫的變化而冷死或熱死。 琲e鱷全長七公尺,尾巴一掃,可把牛的腿骨打斷。(珍禽異獸錄)

    兩棲類

    盲螈 盲螈長約20~30公分。(珍禽異獸錄)
    金蛙 冷血動物的體溫與周遭的環境相近,且隨之變化,當氣溫降至某一程度,其代謝作用即減低至不能活動。因此冬季必需藏身於不會結冰之處,並進入一種休眠狀態,是為冬眠。 (珍禽異獸錄)


    (三)、日常生活的熱現象

    人體的散熱 平常一個休息中的人約每小時產生 80 千卡 (約100W)的熱量。在人多的室內,每一個人相當於100W燈泡的熱源,若室內有2,400人,相當於有24萬瓦的熱源,難怪缺乏空調時會覺得悶熱。這還只是靜態時所產生的熱能,如果有更激烈的活動則會產生更多的熱能。 (天下雜誌)
    耳溫槍 人體的溫度範圍所輻射出的電磁波主要在紅外線的範圍,耳溫槍即是應用紅外線的的例子。 將耳溫槍的偵測口對準耳朵內部,便可以偵測出耳朵內的溫度。由於只要接收到足夠感測的信號便可以,測量時間可以不到一秒鐘,便可得知耳內的溫度。( 紅外線的應用)
    手中的熱蛋

    從開水堶閮出的蛋有濕氣且熱,水分一面從蛋的表面蒸發,一面冷卻蛋殼,因此不覺得燙手,但這只發生在蛋殼表面由濕到完全乾的一瞬間,若蛋殼表面的水份一乾,立刻就能感到蛋的高溫。

    討論:

    一克的水蒸發為水蒸氣,需要 539 卡的熱量,所以可帶走極大的熱。

    房屋的絕熱 房屋希望能達到冬暖夏涼的目標,簡單的說就是維持恆溫(用厚重材料作熱絕緣,K小、d大) 現代房屋採用玻璃纖維(k=0.038 W/m℃)纏繞阻絕空氣(k=0.024 W/m℃)的流通,塞於四周牆壁內,會是好的隔熱材料。而且它又不怕火,是良好的選擇。
    腳下的四季 雙腳所踏的地面下,絕對沒有如地面上的四季。因為土是非常難傳熱的的物質,地面上所發生的溫度變化,要隔很久一段時間才會傳到地下各層。 地下越深處溫度的變化不僅越慢,而且越小。

    討論:

    (1)、列寧格勒地下3公尺處,從地面上傳熱,最熱溫度約76天到達,最冷溫度約108天到達。

    (2)、巴黎天文台下28公尺處,溫度為-11.7 ℃,歷時150年不變。

    開水不能使水沸騰?

    懸浮沸水中的小瓶,瓶內的水雖然會變熱,但卻不會沸騰,因為鍋中的開水,並沒有達到能使瓶中水沸騰的溫度。100 的溫度並不能使水沸騰,要使水變成水蒸氣,需要給水更大的熱量才行。

    討論:

    (1)、相變化(539卡/克)

    (2)、提高沸點:鍋中灑鹽


    (四)、討論

    1.原本我以為人體是以體溫(37℃)為 冷熱 判斷標準 後來修正為 18~22 ℃(與一位物理系學弟討論的結果) 後來又聽到新的說法,人體適宜的溫度約 24~28℃,想想也蠻合理的(因一般假設室溫為25℃), 只是不知道這些根據源於何處?

    2.黃教授在 衣服和絕熱 文章中提到:夏天穿淡色衣服;冬天穿服白色衣服 與筆者據認知之 冬天穿黑色衣服 不同; 也有一新的說法:夏天應穿 黑(內)+白(外) ;冬天應 白(內)+黑(外)...

    3.小型動物(如鳥)體溫 較 大型動物(如人)高,是否僅與表面積有關? 因有人提到:若半徑加倍,則體積增8倍,而表面積增4倍而已 不知體溫與 體積是否也有關?

    4.我看書上寫寒帶地區女性 以 面紗裹臉以保暖(因夾空氣層) 可是 中東沙漠地帶的婦女也是如此裝備, 那是否也可以此解釋(夾熱傳導不良之空氣層)呢?

    5.一樣是人,黑人體溫是否 白人/黃人 較高(我猜的)? 若這假設是真的,那是否與 熱幅射有關哩?

    6.白天 許多物體 直接吸收到 太陽的熱幅射,晚上 許多物體 慢慢釋放熱幅射, 這是我歸納的結果,不知這樣的說法對不對?


    (五)、參考資料


    歡迎批評指教!電子郵件 : 請按 cool.bbs@bbs.ntu.edu.tw

    作者:許績勳 中研所電腦輔助系統研究室

    最後修訂時間:1998年4月7日 19:12

    since 2011/06/20