梅乐芝经理的科普文章 （五） (1/6)

第5节热

夏天感到热，冬天感到冷，通常我们以自己的冷热感觉作为对环境的判断。但这种判断并不准确，甚至会出现判断相反的情况。比如同样的井水，夏天酷热时节，这水真是沁人心脾啊，冬天一双冻僵的手则觉得真是春天般的温暖。所以精确衡量冷热需引入温度的概念。我们生活的环境最容易接触的就是水，以水的结冰点定义为0度，沸腾点为100度（在海平面的高度）。这就是瑞典人摄耳修斯对温度的划分。荷兰人华伦海特制定了另外一种划分方法，把一定浓度的盐水结冰温度定为0度，把纯水结冰温度定为32度，水沸腾的温度定为212度。通常我们称为摄氏温度或华氏温度。我国采用摄氏温度划分，以下叙述中温度全部采用摄氏温度。

温度定义好以后，对于宇宙任意物体的冷热效果，都用其温度来表达。原则上温度没有设上限，可以任意高(实际上，光速给出了对应温度的上限)，但有下限，最低到零下273.15度，记为-273.15c。这个令人意外。太阳内部温度上百万度，某些恒星表面1万度以上，太阳表面温度5500c。地球表面最热的地方是火山口，可达1000c以上，在南极洲，最冷的地方可达-89c。大多数地球的生命可以存活的温度范围大致从0c到50c。少数可以生活中极限环境中。冻原的细菌可以在-150c生存，海底热泉附近的细菌可以在400c生存。多数哺乳动物的体温和我们接近，维持在37c左右。我们的体温基本恒定，如果体温过高或过低，都会危及生命。

温度高低不同我们感觉热冷不同，但并不是温度决定一切。在炉子上烧开水，烧开小锅水和大锅水的时间不同。身体暴露在0c的空中，人体还可以坚持很长时间，但人体泡在0c的水中，很快就要丧生。造成以上差异的就是热量。

首先，热量可以传递。烧开水时，无论是燃气还是电炉丝，其温度都在 c以上，开水温度才100c，所以热量是由燃气通过锅传至水。气温0c，我们体温37c，那么热量就由身体传到空气。热量的变化带来了温度的变化。我们定义热量，单位用卡。如同定义长度，单位用米一样。1卡就是1克水升高1摄氏度所需的热量。大锅水比小锅水量大，升高一度需要的热量多，而炉子提供的热量固定，所以烧得慢。温度上升或下降是因为热量的进入或丧失。而热量的进入或丧失是因为热量进出的两方温度有差异。

其次不同物质在温度变化时热量需求是不同的。在所有物质中，同重量物质等温升高水需要的热量最多。换而言之，在重量相同、降温数量相同情况下，水降温时释放的热量最多。加热1克空气使得温度上升1度需要的热量仅是水的六分之一，而且1克空气的体积几乎是1克水的1000倍！身体向空气传热时，体表的空气很快就被加热，同时皮肤丧失热量因而温度下降。两者温度相同时不再进行热量传递。而距离皮肤较远的空气温度又低于皮肤表层空气温度，所以热量又继续向远离皮肤的方向传递。导致皮肤表层空气温度下降，而这又导致皮肤继续向空气散热。身体内部也类似。从肌肉到皮肤，温度逐渐下降。这样从肌肉到空气，形成了温度的连续下降的一个持续状态。比如：肌肉37c，脂肪内层35c，外层30c，皮肤20c，皮肤表层空气15c…远处空气0c。此时身体不断向外散热，维持着温度分布的稳定。如果身体产生的热量大于或等于保持上述温度分布而需要的热量，人体就能生存下去。在这种情况下，刮来一阵风，就破坏了体表空气形成的温度分布，直接让0c空气抵达体表，人体马上散更多的热出来。此时对身体的状况就相当于不刮风空气温度为-20c时的情况下，人体建立的温度分布。冬天气温不变，刮风和不刮风的日子，身体感觉完全不同。动物的皮外毛发密集，固定住大量空气不受风的影响，这样建立起静态的温度分布，最大限度地降低了恶劣气候的影响。人类使用动物毛皮做衣服，用羽绒填充衣服中间，也是同样原理。当人在水中时，比如在北极的冰海中，海水温度比0c还低一点。皮肤接触同样体积的水，重量几乎是同体积空气的1000倍，加热升温一度需要的热量是4000倍。维持同样的温度分布，人体散发的热量远远不够。所以体温会急剧下降。事实上全身卷缩起来，尽力保持腹部和腋窝的温度，可以生存15分钟。否则5分钟就丧生。而同样在北极附近，夏天后的第一场雪落在因纽特人裸露的皮肤上渐渐融化，他们迎来了新年，安然入睡。思考：

1.四万年前，史前人类有了重大发明，双卷边缝纫技术，这样毛皮制作的衣服不漏风，他们得以进入当时寒冷的欧洲，随后又征服西伯利亚。沙漠中夏天也需要穿类似的衣服，为什么？

2.大象身体没有毛，而它的近亲，猛犸象（最晚于4000年前灭绝），又称长毛象，浑身长满了毛。犀牛同样没有毛，但其近亲长毛犀牛也是浑身长毛（最晚1万年前灭绝）。估计这些灭绝的近亲应该生活在什么环境中？

3.有冬泳爱好者，大冬天凿开冰面游泳。估计能游多久？为什么出水后浑身通红？

4.初夏开始游泳，水温尚低。刚入水身体感觉很冷，一会就适应了。这说明什么？最后可以测量一下体表温度和水温，让没游的人用手指感觉一下即可。

5.人体的热量来自体内储能。在身