河北省石家莊市鹿泉區(qū)獲鹿鎮(zhèn)中學(xué) 李衛(wèi)華
天氣越來越冷了,小明每天早晨上學(xué)時,媽媽都會說:“記著穿外套,別感冒了!”好奇的小明突然想:“多穿一件衣服確實感覺暖和了,但是外套能增加我們的體溫嗎?”帶著這個疑惑,小明和同學(xué)們決定用實驗來驗證一下。
【提出問題】穿外套能增加體溫嗎?
【猜想假設(shè)】猜想一:穿外套能增加體溫,因為穿衣服后感覺暖和了;
猜想二:穿外套不能增加體溫,因為蓋上棉被的冰塊熔化得更慢。
【設(shè)計和進行實驗】
實驗一:穿外套和不穿外套兩種情況下測量人的體溫,記錄實驗數(shù)據(jù)如表一。
實驗結(jié)論:穿外套并不能增加我們的體溫。
既然穿外套不能增加體溫,那為什么穿上外套之后感覺暖和了?這個道理其實也很簡單,因為人體本身就是一種熱源,穿上外套之后,可以阻止我們身體的熱量大量向外擴散,所以我們會覺得比較暖和。當(dāng)然人還是一種恒溫動物,能夠自動調(diào)節(jié)體溫。
表一
那如果是不能自動調(diào)節(jié)溫度且持續(xù)放熱的熱源呢?包裹后溫度會不會增加?
實驗二:拿兩個相同的電發(fā)熱體——電吹風(fēng)機,其中一個用棉墊包裹起來,另一個不包裹,持續(xù)工作相同時間,在離出風(fēng)口10 cm處,分別測量溫度,記錄實驗數(shù)據(jù)如表二。
實驗結(jié)論:包裹棉墊后減少了熱量的散失,導(dǎo)致溫度增加較多。
那蓋上棉被的冰塊是不是熔化得更慢呢?
實驗三:室溫下,在兩個相同的瓶子中放入等量的冰塊,其中一個瓶子用棉墊包裹起來,另一個自然放置在桌面上,等到?jīng)]有被包裹著的瓶子里的冰塊已經(jīng)熔化了一多半時,把包裹著另一個瓶子的棉墊打開,發(fā)現(xiàn)其中的冰塊幾乎沒有熔化。
表二
實驗結(jié)論:蓋棉被反而會減緩冰塊的熔化,甚至使冰塊像停留在冷卻瓶里一樣。
看來包裹棉衣物既能使物體保溫又能使物體保冷,這是為什么呢?我們知道,物體溫度的變化源于物體之間的熱傳遞,而熱傳遞有三種方式——傳導(dǎo)、對流和輻射。棉被、羽絨服和保溫杯等通過導(dǎo)熱性差的材料(如棉花、羽毛、玻璃)或真空來隔絕物體與外界空氣,減少了二者之間的熱傳導(dǎo)和熱對流,從而達到保溫效果;暖壺則在此基礎(chǔ)上,通過在內(nèi)膽鍍銀,將容器內(nèi)物體向外的熱輻射反射回去,同時也防止了外部的熱輻射進入瓶內(nèi),從而減少了熱輻射形式的熱傳遞。
同理,一般粉末狀的物質(zhì)也和外套一樣,是熱的不良導(dǎo)體,也具有保溫作用。因此,若是地面積滿了雪,熱量就很難擴散。通常雪面下的土壤溫度比沒有雪覆蓋的土壤溫度要高10℃左右。
總的來說,不是外套溫暖了人體,而是人體溫暖了外套,外套只是減緩了人體熱量的散失。