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还在吹空调?进来学物理人的消暑方法!

乐子超人 中科院物理所 2022-09-17

大概就像每一届学生都被老师说过是最差的一届,

每一年的夏天都有那么几天,

让人相信这是最热的一个夏天。



以前每天期待的是放学,

现在每天期待的是降温。

今天就是立秋,

温度计上的数字像是在说,

放学之后还要留下来补课,

进了秋天也别想告别炎热。



吹空调消暑虽然效果好,

但是太过平常,

没啥技术含量,

不能体现出我们广博的物理知识。



在这里,

小编有三式属于物理人的

夏日独家帅(you)气(bing)消暑方法,

保证你成为街上最靓的那个仔。



事先声明,

文中方法纯属脑洞,

请勿轻易模仿。


消暑第一式——天人两隔


消暑第一式之天人两隔,将人与这大热天隔开,免去酷暑烦恼。



热的传递方式有三种:热传导热对流以及热辐射


热传导 | 来源:哔哩哔哩


热量是如何传递至人身体的呢?


以刚从空调房中出来的小编为例,小编身体的温度相对于空气是比较低的,贴近小编身体的炎热空气与冰凉的人体首先发生热传导,温度降低,与远处的炎热的空气形成热对流,使远处热空气来到贴近人体的位置,继续与人体发生热传导。如此循环,热量传递至人体,人体便会感受到炎热。


这招“天人两隔”,便是用绝热材料隔绝这一热传递的过程,使外界的热量不能传递给人体。


小编推荐的绝热材料是北方家家户户几乎都有的保温神器——棉衣。



冬天穿身上保暖,夏天盖冰柜卖冰棍儿,棉衣虽然看起来并不是多么高大上,却深受人民群众喜爱,广泛应用于各种需要绝热的场合。


棉衣的保温功能,不止是可以保暖,还可以保“冷”。棉衣中的棉花撑起了多孔的结构,多孔结构可以固定一部分空气,阻断这部分空气与远处空气的热对流;而空气本身的导热性能很差,会阻止人体与外界环境之间的热传递。


有过大夏天穿棉衣的经验的小伙伴可能要质疑了:小编小编,我夏天穿棉衣,明明是更热了呀?



那是肯定的,虽然外面的热量进不来,但人自己产生的热量也出不去。


所以,我们还需要在棉衣内,塞上冰块,用冰吸收掉人体散发的热量,保持凉快。



冰块虽然凉快,但有一点不好的就是容易化,化了之后会打湿衣服。


有一种更好的替代:雪糕,制冷效果不差,自带包装不会漏出弄脏衣服,塞进棉衣降温真的是干净又卫生。



消暑第二式——天人合一


何谓“天人合一“?


“天人合一”指的是要勇敢去面对挑战,直面酷暑,在太阳底下接受曝晒,将自己化作这炎炎的夏日的一部分,实现灵与肉与体温的全面升华。正所谓只要我是最热的,那么一切环境都能让我感到凉快。



可能你会有疑问,但是不要急,听小编给你细细分析。


一方面,冷热是一种主观的、相对的概念。小编空调要开25℃的,小编妈妈却连28℃都觉得冷;因纽特人的冰屋温度虽然只有0℃,但在日常零下40℃的环境中是很温暖的。当在太阳底下晒得很热,回到家里或者阴凉地的时候,虽然温度依然很高,但仍会感觉很凉快。这是非常自然的,绝不是什么晒傻了。



另一方面,我们从散热来分析。


人体的散热方式大致可以分为三种:辐射散热、传导和对流散热以及蒸发散热。上面的第一式”天人两隔“是从传导和对流的角度去解决夏日感到炎热的问题,这一式“天人合一”便是利用了辐射散热。


任何温度高于绝对零度的物品都会产生热辐射,以电磁波的形式辐射能量。热辐射一般与物体自身的性质有关;理想情况下存在一种特殊的物体,能将外来辐射完全吸收而不进行反射,称为黑体,黑体辐射仅与黑体的温度有关,与自身的其他性质无关,常用于热辐射研究。


人体进行辐射散热时,辐射散热量同皮肤与环境的温度差以及机体有效辐射面积有关。体表皮肤与周围环境温差越大,辐射散热量越多;机体有效辐射面积越大,辐射散热量越多。



在经过太阳曝晒之后,人体的温度升高,辐射散热增强,增加了散热量,便可以感觉到凉快。这便是“天人合一”背后的原理。


当然,这种方法只建议中午试,因为早晚会出事。


非常地好用。


消暑第三式——大激光术


什么?上面两式都拿不下你?



那就只能祭出小编压箱底的绝招了——大激光术!


上面两式是对热传递方式的应用,而这一招则直指大道本源,直接从“热”的本质去解决问题。


高中物理课上讲过,热的本质是构成物质的微观粒子运动,微观粒子的运动越剧烈,温度越高,物体越热。


因此我们只要反其道而行之,想办法减弱微观粒子的运动,便可以实现温度的降低。而使微观粒子运动减弱的方法也早已经有人提出,那就是激光制冷


激光制冷的原理主要有两种,多普勒效应和反斯托克斯荧光效应。两者的表现类似,都是通过散射过程使物质原子能量降低,降低物质原子运动的激烈程度。


稀薄的原子气体一般采用多普勒激光制冷技术,用一束频率稍低于原子吸收频率的激光照射原子气体,其中会有与激光方向相向运动的原子,由于多普勒效应,光子的频率升高,恰好可以被原子吸收;光子和原子的动量方向相反,因此吸收光子后原子的速度会减小。向原子照射不同方向的激光,便可以实现对原子的不停减速。


多普勒激光制冷。1 原子静止不动,激光频率稍低于吸收频率,无影响;2 原子与激光同向运动,在原子看来,激光频率减小,发生红移;3.1-3.3 原子与激光相向运动,在原子看来激光频率增大,发生蓝移,并且在特定情况下可以吸收光子,再向任意方向放出光子,并减速。| 图片来源:知乎@进击的钢弹


通过多普勒制冷技术,可以将原子冷却至绝对零度上百万分之一开尔文的温度,这也是目前人类接近绝对零度的唯一方法。


反斯托克荧光制冷方法是一种新兴的激光制冷技术,简单来说就是利用激光诱导物质放出荧光,使构成物质的微观粒子降到更低的能级上


物质原子处于一个个分立的能级上,当用特定波长的激光去照射物质时,原子会吸收光子,从初始态(非基态)跃迁至高能激发态,再跃迁至基态并放出光子。放出光子的能量大于吸收光子的能量,因此经过反斯托克斯荧光过程后,原子能量降低,运动减弱,物质的温度下降。


斯托克斯荧光(左)和反斯托克斯荧光过程(右)的能级示意图 | 来源:http://www.v-instru.com/information/266.html


回到消暑,“大激光术”便是利用激光照射人体,直接从原子层级对人体进行降温,相比于其他流于表面的降温方法,“大激光术”可谓是降维打击,能真正让人体验到“透心凉”的感觉。


激光制冷技术无振动、无噪声、无电磁辐射、体积小、器材重量轻、可靠性高、寿命长,制冷区间是所有制冷方法中最广的(可以接近绝对零度),除了不能用于人体降温以外,简直是夏日消暑制冷的完美方法。




正所谓:“消自己的暑,让别人说去吧!”

面对炎热,

温度要冰,姿势要帅,

不要被世俗的目光限制了自己的创造力,

勇于放飞自我,

你也可以像小编一样帅气地度过这个夏日。

小伙伴们还有什么独家消暑方法?

欢迎在留言区分享~



参考资料


[1]罗明智. 室内空气流速对人体生理指标及热舒适性影响的研究[D].重庆大学,2005.

[2]李文菁. 不同热环境下的人体热感觉[D].湖南大学,2006.

[3]冯国会,梁若冰,宁经洧,高妍,郭振红.太阳辐射对人体热舒适性的影响分析[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2007(05):790-793.

[4]陈军,田芳,蒙德慈,贾旭,高昂,王明,李娜,李莉莎,倪士峰.新型制冷技术研究进展[J].宁夏农林科技,2011,52(06):67-70.

[5]秦伟平.反斯托克斯荧光制冷的研究进展与综述[J].物理学进展,2000(02):93-167.

[6]申超,张俊.激光制冷固体材料的研究现状与未来[J].新材料产业,2016(01):57-60.


编辑:乐子超人


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