Biorę lekcje termodynamiki i mam następujące pytanie. Zamierzałem zapytać mojego profesora bezpośrednio, ale wydaje się, że to głupie pytanie z prostą odpowiedzią, więc pomyślałem, że spróbuję tu szczęścia w obawie przed zawstydzeniem.
Kiedy powietrze przepływa przez rurę, entalpia stagnacji nie zmienia się. W przypadku gazu doskonałego kalorycznie entalpia zmienia się liniowo wraz z temperaturą.
h=cpT.
Spójrzmy w powietrze. Powietrze ma ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu . Powietrzu w temperaturze pokojowej około300 K. Prędkości wiatru są zwykle poniżej15m .
Przepisując nasze równania, możemy powiedzieć:
1000J
Zatem umiarkowane prędkości wiatru wcale nie zmieniają temperatury. Dlaczego zatem poruszające się powietrze na zewnątrz jest znacznie zimniejsze niż powietrze stojące?
źródło
Odpowiedzi:
Jest kilka powodów. Przede wszystkim należy zauważyć, że uczucie ciepła lub chłodu jest tylko pośrednio związane z temperaturą. Receptory w twojej skórze, które radzą sobie z temperaturą, są głównie wrażliwe na przenoszenie ciepła i zmiany temperatury , a nie na wartości bezwzględne. Oto na przykład interesujący fragment artykułu EB na temat termorecepcji :
Uczucie chłodu ma więc związek z tym, jak szybko ciepło jest odprowadzane ze skóry. Transfer ciepła odbywa się w trzech trybach: promieniowanie, przewodzenie i konwekcja. Ta ostatnia jest ważna, ponieważ konwekcja opiera się na ruchu; bez ruchu, jest tylko promieniowanie i przewodnictwo. Powietrze jest całkiem dobrym izolatorem, przez co przewodzenie jest mniej skuteczne; i jest przezroczysty w szerokim spektrum, co oznacza, że nie ma znaczącej radiacyjnej wymiany ciepła. A twoja skóra ma wiele drobnych włosów (i być może większych włosów, w zależności od osoby), które działają przeciwko wszelkim niewielkim przepływom konwekcyjnym, takim jak przeciąg lub małe zakłócenia.
Zasadniczo, przy braku konwekcji (poruszającego się powietrza), twoja skóra będzie lokalnie ogrzewać powietrze wokół siebie, i to powietrze nie zostanie szybko zastąpione chłodniejszym powietrzem . W miarę ocieplania odprowadza jeszcze mniej ciepła od skóry (ponieważ mniejsza różnica temperatur jest słabszym sterownikiem).
Ale znacznie bardziej znaczącym czynnikiem w większości przypadków jest prawdopodobnie zwiększone chłodzenie wyparne . Tak jak ta warstwa powietrza wokół skóry przewodzi ciepło i jest ogrzewana przez skórę, odparowuje również wilgoć i staje się bardziej wilgotna. (Twoja skóra może zawsze stracić pewną ilość wilgoci na suche powietrze, nawet jeśli nie czujesz się spocona). Tak jak przenikanie ciepła zostanie zmniejszone, gdy powietrze ogrzeje się i zbliży do temperatury ciała, tak samo parowanie zostanie zmniejszone, ponieważ powietrze natychmiast otaczające twoje ciało staje się nieco bardziej wilgotne. Ale kiedy powietrze się porusza, staje się znacznie bardziej skuteczne w odparowywaniu wilgoci ze skóry. Możesz przeczytać o mechanizmie potu, aby uzyskać więcej tła.
W obu przypadkach poruszające się powietrze działa względnie bardziej jak pochłaniacz o stałej energii, ponieważ gdy ciało wnosi energię cieplną i / lub wilgoć, cząsteczki o wyższej energii oddalają się od powierzchni kontaktu ze skórą i są zastępowane przez chłodniejsze, suche powietrze . Z analitycznego punktu widzenia, jeśli powietrze porusza się wystarczająco szybko, nie musisz brać pod uwagę, że z czasem staje się cieplejsze lub bardziej wilgotne, ponieważ wymienia ciepło i wilgoć ze skórą.
Jak zauważa ten komentarz , ważne jest, aby zdawać sobie sprawę, że chociaż pocenie jest w szczególności mechanizmem chłodzącym, konwekcja działa w obie strony; jeśli otaczające powietrze jest cieplejsze niż twoja skóra, wiatr sprawi, że będzie jeszcze cieplej. Jeśli naprawdę interesujesz się tym tematem, Centrum Bernaeya dla Środowiska Budowlanego ma fajne narzędzie zapewniające komfort cieplny , z którym możesz się pobawić, które zawiera znacznie więcej szczegółów w zakresie zmiennych indywidualnych i środowiskowych.
źródło
Airsam odpowiedział .Zimne uczucie powietrza naprawdę chłodzi skórę przez wymuszoną konwekcję i odparowanie potu.
Bez ruchu powietrza na skórze tworzy się warstwa graniczna cieplejszego powietrza, a zatem z powodu mniejszej różnicy temperatur zmniejsza się szybkość utraty ciepła.
Przenoszenie powietrza po skórze zaburza tę granicę, umożliwiając później kontakt nieogrzewanego powietrza ze skórą, zwiększając w ten sposób szybkość utraty ciepła, dzięki czemu skóra bardziej się ochładza. Parowanie to zmiana stanu, która wymaga utajonego ciepła dostarczanego przez skórę, która w ten sposób chłodzi więcej. Zobacz chłód wiatru i wskaźnik ciepła „przeciwny” efekt .
źródło
W nieruchomym powietrzu głównymi mechanizmami przenoszenia ciepła są dyfuzja i naturalna konwekcja. Jeśli obiekt ma wyższą temperaturę niż nieruchome powietrze, ciepło przepłynie od obiektu do powietrza. Zasadniczo powietrze bezpośrednio otaczające obiekt miałoby wyższą temperaturę niż samo powietrze.
W ruchu powietrza masz również dyfuzję oraz naturalną i wymuszoną konwekcję jako mechanizmy przenoszenia ciepła. Wymuszona konwekcja działa w celu usunięcia ogrzanego powietrza w bezpośrednim sąsiedztwie tego obiektu (z powodu dyfuzji) i dostarczenia większej ilości powietrza w pierwotnej temperaturze powietrza szybciej niż inne mechanizmy.
źródło