眼下,全国各地都进入了烧烤模式,没空调的地方就全指望电扇续命了。上期,我们科普了为什么电扇背后没有风,其实,电扇里的物理有很多。把手放在热水里,为什么动动手会觉得更热?热水温度比体温高,当手放在其中时,皮肤表面附近的水成一个相对稳定的过渡层。由于水本身的导热性并不好,在不搅动的情况下,热量缓慢地传导到皮肤上,进而被体内流动的血液及时带走,并不感觉很热。
而当手在水中搅动时,表面过渡层被破坏,周围的热水源源不断地流过皮肤表面,持续带来热量,血液来不及把这些热量都带走,于是表皮温度升高,就会感觉到更热了。另外,如果掐住手腕暂时减缓血液流动,手也会感觉更烫哦。关于以上现象,具体可参考牛顿冷却定律。类似地,冬天在室外迎风行走,当气温一定时,风越大,人越冷,也是类似的道理,称为风寒效应。综上所述,对液体和气体而言,流动速度是影响导热效率的关键因素。
设想我们在空间站的失重环境下加热一壶水,其加热速度一定不如在地球上快,因为在重力场中从底部对水加热时,水会有明显的对流,促进热量迅速传递。风扇为什么逆时针旋转?这是个很有趣的现象,应该与螺纹方向有关。工业上为了降低成本,各种零件基本尽量遵循标准化的原则。常见的螺纹都是统一为右螺旋的。因为规模效应,右螺旋的成本比左螺旋的更便宜。
如果电机向外伸出的转轴末端为普通右旋螺纹,并与风扇配套连接,那么容易发现,当风扇逆时针旋转时,风扇与转轴之间的作用力趋于将两者拧得更紧;而当风扇顺时针旋转时,螺纹连接处会越来越松。虽然现在的风扇连接方式越来越多,实际中不尽如此,但这一主流习惯还是保留了下来,甚至可能成为行业规范。工业中的很多机械都会考虑到螺纹松紧的这种效应,尤其是旋转和振动比较频繁的结构。
有趣的是,自行车左右两个脚踏板对应的曲柄与齿轮的连接处,分别是左螺纹和右螺纹,以保证两边踩踏时都不会松动。不过我也确实碰到过一辆劣质自行车,可能是为了节约成本,或者是设计缺陷,两侧都用了右螺纹,骑了才几天脚蹬就掉了。地球为什么没有因太阳一直照射而越来越热?地球确实是在越来越热,不过主要是由于温室效应,而不单单是因为太阳一直照射。
地球的能量来自于太阳光的照射,而从地球诞生到现在,阳光就一直照射着,地球上的能量岂不是越来越多,温度越来越高?其实不然。地球这个热力学系统,在源源不断地吸收太阳辐射的能量的同时,也在向外面散发着能量。如果考虑地球上的生物,照射到地球上的一部分阳光被地表吸收升高地表温度,一部分又被植物光合作用,储存成生物能。而动物的活动又将这部分生物能消耗掉,变成热量散布到周围的环境中。
这些因素都将导致地球环境中能量的升高。我们知道,有温度的物体都会向外界散热,其散热方式包括热传导、热对流和热辐射,地球也不例外。不过面对太空这个环境,地球只剩下了辐射这一个方式。这样,地球一方面从太阳光得到能量,一方面又通过辐射红外线向太空散发能量,当这吸收热量与辐射热量达到平衡时,那么地球的温度就不变了。
当然,也得达到这个热平衡温度才能不变,所谓的温室效应主要就是大气层中二氧化碳等气体浓度越来越大,本来要辐射到外太空中的红外线被大气吸收了,向外散发的热量减少,而本身吸收的能量又不变,导致在现阶段地球整体的温度在上升,这就是所谓的温室效应。