正文 第3章 春江水暖鴨先知——日常生活中的熱(1)(1 / 3)

說起熱,我們有豐富的體驗。例如把手伸進熱水中,我們會感到熱;在炎熱的夏季,烈日當空,我們走在陽光下會熱得汗流浹背;穿的衣服多了再加上劇烈的運動,我們會有熱的感覺,這時會下意識地把外套脫掉……這些都是我們日常生活中對於熱的反應,可見在生活中我們可以感知到的熱有很多,下麵就讓我們一起走進生活中能感知到的熱世界吧。

第一節親密接觸——常見的熱現象

1.冷熱自知

冷熱是我們對於自然界的一種最普遍的感受了。自然界對我們的身體和活動影響很大,太熱或者太冷的感覺都會給我們的正常生活帶來一些不便。所以人們一般喜歡陽春三月和秋高氣爽的九月,而很少會有人喜歡暑氣逼人的六月以及寒風凜冽的寒冬臘月。

在我們的日常生活中,關於冷熱的感受也有很多,比如你把一隻手伸到溫水當中,另一隻手伸到涼水當中,大家不妨照著做一下,看看是什麼感覺。這時候在涼水中的那隻手體會到的肯定比較冷(相對於在溫水中的那隻手)。

其實,冷熱的感覺是相對的,並不是絕對的。

另外,不同的人對於同一物體的冷熱感受也會有很大的差別。

2.熱脹冷縮

日常生活中有很多熱脹冷縮的例子,熱脹冷縮是物體的一種基本性質。一般說來,物體在一般的狀態下,受熱以後會膨脹,受冷便會縮小。

所有物體都具有這種性質。比如夏天在架電線的時候要架得鬆一點,以防止冬天電線在遇冷收縮時斷掉;一般工人在冬天鋪設鐵軌時,鐵軌之間要留有一些空隙,這樣做也是為了防止在夏天的時候鐵軌受熱膨脹,使得銜接處凸起來,那樣容易發生火車出軌事故;工程師在建造橋梁的時候為了使橋梁有膨脹和收縮的餘地,同樣在橋梁上設置伸縮縫,或者在地基上設置上滾軸,以免發生翹曲。

另外,我們身邊關於熱脹冷縮的例子還有很多很多。比如說我們買到一瓶冰凍罐頭卻很難打開,如果你把罐頭放在熱水龍頭下,讓熱水衝一會兒罐頭瓶的蓋子,這時你再打蓋子的話就會變得容易了。我們的自行車車把的塑料套用熱水浸泡之後很容易就套在了車把上,而當冷卻之後,你要把它取下來的話就沒那麼容易了。

3.生命獲益於冷脹熱縮

前麵我們簡單地介紹了熱脹冷縮,接下來我們要介紹冷脹熱縮。

我們知道,如果物體所受外界壓力不變,大多數物體的體積都會隨著溫度的升高而增大,這就是我們所說的熱脹冷縮。

而冷脹熱縮與大多數物質的性質相反,比如在0℃~4℃的溫度範圍內,水的體積卻隨溫度的升高而減小。這就是說,水在0℃~4℃之間是冷脹熱縮。水的這一反常性質,對江河湖泊中的動植物的生命有著重要的影響和意義。

當寒冷的冬天降臨時,隨著氣溫的降低,江河湖泊中的水溫也會越來越低。我們不妨設想某一個湖泊,假使這個湖泊的全部湖水溫度處於10℃,再假設這個湖泊上麵的空氣的溫度是零下10℃,這時候湖表麵的水就會變冷,比如說溫度降到9℃。

這部分水因變冷而會收縮,這時候水的密度比底下較暖的水要大,因而沉入下麵密度較小的水中,下麵的10℃的水上升。冷水的下沉引起一個混合過程,此過程一直持續到湖泊中的所有水冷卻到4℃為止。

但是表麵的水還要被冷空氣繼續冷卻降溫,表麵水的溫度還會進一步降低,假如這時候水溫降到3℃,這部分水的體積不但不會縮小反而會膨脹。就是表麵水的密度比下麵小,因而就浮在水麵上不再下沉。這時候對流和混合都停止了(當然擴散不會停止),表麵下的水基本上靠熱傳導散失內能。

一般來說,水是熱的不良導體,因為是熱的不良導體,所以散熱是比較慢的。表麵水的溫度,要早於下麵的水降至0℃,並較早開始結冰。冰的密度比水小,所以一直浮在水麵上而不下沉。冰下麵的水,從上到下溫度為0℃~4℃,從上到下逐漸結冰。由於通過熱傳導而向上散熱比較慢,並且有地熱由底下向上傳導,因此凍結的速度是緩慢的。如果湖泊的水很深,湖水是不會被凍透的,湖泊中生存的動植物就可以在靠近湖底的4℃的水中安然度過整個寒冷的冬季。這就是我們看到的在寒冬臘月的時候湖泊裏的植物不會被凍死的原因。

假如水的性質也像其他大多數物質那樣,在全部溫度範圍內都是熱脹冷縮的,那麼溫度較高的水不斷升到水麵,向空氣中散熱,湖泊中水的凍結就會從底部開始,從而容易導致湖泊中的水全部凍結。這樣一來,就毀掉了湖泊中的一切經不起凍結的生命。