Tại sao không khí di chuyển cảm thấy lạnh?

Tôi đang tham gia một lớp nhiệt động lực học và có câu hỏi sau đây. Tôi định hỏi trực tiếp giáo sư của mình, nhưng có vẻ như đó là một câu hỏi ngu ngốc với một câu trả lời đơn giản, vì vậy tôi nghĩ tôi sẽ thử vận may ở đây vì sợ xấu hổ.

Khi không khí chảy qua một đường ống, sự ngưng trệ của nó không thay đổi. Đối với một loại khí hoàn hảo về mặt nhiệt lượng, chúng ta có entanpy thay đổi tuyến tính theo nhiệt độ.

h_{0} = = không thay đổi = = h + \frac{1}{2} {bạn}^{2}

$h_0 = \text{constant}= h + \frac12u^2$

h = = c_{p} T

$h = c_pT$

Hãy nhìn vào không khí. Không khí có nhiệt dung riêng ở áp suất không đổi . Không khí ở nhiệt độ phòng khoảng . Tốc độ gió thường dưới . $1000\ \mathrm{\frac{J}{kg\cdot K}}$ $300 \text{ K}$ $15\ \mathrm{\frac{m}{s}}$

Viết lại phương trình của chúng ta, chúng ta có thể nói:

c_{p} T_{0} = = c_{p} T + \frac{1}{2} {bạn}^{2}

$c_p T_0 = c_pT + \frac12u^2$

1000 \frac{J}{k g \cdot K} \cdot 300 K = = 1000 \frac{J}{k g \cdot K} \cdot T + \frac{1}{2} (15 \frac{m}{S})^{2}

$1000\ \mathrm{\frac{J}{kg \cdot K}} \cdot 300 \text{ K} = 1000\ \mathrm{\frac{J}{kg \cdot K}} \cdot T + \frac12(15\ \mathrm{\frac{m}{s}})^2$

300000 \frac{J}{k g} = = 1000 T \frac{J}{k g} + 112,5 \frac{J}{k g}

$300000 \frac{J}{kg} = 1000T\ \mathrm{\frac{J}{kg}} + 112.5\ \mathrm{\frac{J}{kg}}$

T = = 299,9 K

$T = 299.9 \text{ K}$

Vì vậy, tốc độ gió vừa phải không làm thay đổi nhiệt độ. Tại sao, sau đó, không khí di chuyển bên ngoài cảm thấy lạnh hơn đáng kể so với không khí tù đọng?

— người dùng01101001
nguồn

Câu hỏi hay, tôi luôn có câu hỏi này khi ngồi dưới quạt trần

— Shirish Herwade

Nếu chúng ta bỏ qua sự bốc hơi mồ hôi trong giây lát, chỉ có không khí có nhiệt độ dưới cơ thể sẽ cảm thấy lạnh (er) khi nó di chuyển. Vì không khí bên ngoài thường lạnh hơn 37 độ C / 98 độ F, gió có cảm giác lạnh (er). Nhiệt độ không khí trên ngưỡng đó thường được coi là không thoải mái vì làm mát cơ thể bây giờ chỉ bằng cách bốc hơi (tức là bộ mồ hôi nghiêm trọng), và đến một lúc nào đó trở nên nguy hiểm. Tôi đã ở Thung lũng chết vào tháng năm; Tôi có thể đảm bảo với bạn rằng gió ở đó cảm thấy không mát mẻ mà giống như một máy sấy thổi. Không khí di chuyển trên một nhiệt độ nhất định thực sự cảm thấy ấm hơn .

— Peter - Tái lập Monica

Bạn có thể cảm thấy bớt ngu ngốc hơn :-) - trong lớp, nghĩa là - nếu bạn viết lại là "tại sao không khí chuyển động làm mát nhiều hơn cho máy (chip máy tính hoặc động cơ VW trước năm 1975) so với không khí tĩnh"?

— Carl Witthoft

Đó là bởi vì cảm giác đó không liên quan đến nhiệt độ không khí mà với sự truyền nhiệt, đó là lý do tại sao Peter cảm thấy không mát mẻ khi ở May Valley. Nếu cơ thể bạn ấm hơn không khí xung quanh thì bạn sẽ cảm thấy lạnh và ngược lại. Các thụ thể trên da là chìa khóa như được giải thích trong câu trả lời của Air bên dưới

— raspacorp

Thổi không khí vào ai đó trong phòng tắm hơi và bạn sẽ thấy rằng cảm giác lạnh có liên quan đến nhiệt độ cơ thể :)

— Filip Haglund

Câu trả lời:

Có một vài lý do. Trước hết, điều quan trọng cần lưu ý là cảm giác ấm áp hoặc mát mẻ chỉ liên quan gián tiếp đến nhiệt độ. Các thụ thể trong da của bạn đối phó với nhiệt độ chủ yếu nhạy cảm với truyền nhiệt và thay đổi nhiệt độ , không có nhiều giá trị nhiệt độ tuyệt đối. Ví dụ, đây là một đoạn trích thú vị từ bài viết của EB về nhiệt điện :

Các thụ thể lạnh phản ứng với việc làm mát đột ngột với tần số phóng thoáng qua (gọi là phản ứng động) liên quan trực tiếp đến nhiệt độ trước đó và cường độ và tốc độ giảm nhiệt độ. Nếu nhiệt độ làm mát được duy trì, tần số phóng thích ứng với tần số phóng tĩnh có liên quan trực tiếp đến nhiệt độ lạnh.

Vì vậy, cảm giác mát mẻ có liên quan đến việc nhiệt được truyền ra khỏi da nhanh như thế nào. Truyền nhiệt xảy ra trong ba chế độ: bức xạ, dẫn và đối lưu. Đó là cái cuối cùng quan trọng, bởi vì sự đối lưu phụ thuộc vào chuyển động; không có chuyển động, chỉ có bức xạ và dẫn. Không khí là một chất cách điện khá tốt, làm cho dẫn truyền kém hiệu quả; và nó trong suốt trên một phổ rộng, có nghĩa là không có trao đổi nhiệt bức xạ đáng kể. Và làn da của bạn có nhiều sợi lông nhỏ (và có lẽ những sợi lông lớn hơn, tùy thuộc vào người) mà hoạt động chống lại bất kỳ dòng chảy đối lưu nhỏ nào, như từ một bản nháp hoặc xáo trộn nhỏ.

Về cơ bản, trong trường hợp không có sự đối lưu (không khí chuyển động), làn da của bạn sẽ làm ấm không khí cục bộ ngay xung quanh và không khí đó sẽ không được thay thế nhanh chóng bằng không khí mát hơn . Khi nó ấm lên, nó sẽ dẫn nhiệt ra khỏi da của bạn ít hơn (vì chênh lệch nhiệt độ nhỏ hơn là yếu tố điều khiển yếu hơn).

Nhưng yếu tố quan trọng hơn nhiều trong hầu hết các trường hợp có lẽ là làm mát bay hơi tăng . Giống như lớp không khí xung quanh làn da của bạn dẫn nhiệt và được làm ấm bởi làn da của bạn, nó cũng làm bay hơi ẩm và trở nên ẩm hơn. (Da của bạn luôn có thể mất một chút độ ẩm cho không khí khô, ngay cả khi bạn không cảm thấy ra mồ hôi.) Cũng giống như việc truyền nhiệt sẽ giảm khi không khí nóng lên và tiếp cận với nhiệt độ cơ thể của bạn, do đó, sự bốc hơi cũng sẽ giảm không khí ngay lập tức bao quanh cơ thể bạn trở nên ẩm hơn một chút. Nhưng khi không khí chuyển động, nó sẽ hiệu quả hơn trong việc làm bay hơi ẩm từ làn da của bạn. Bạn có thể đọc về cơ chế của mồ hôi cho một số nền tảng hơn.

Trong cả hai trường hợp, không khí chuyển động hoạt động tương đối giống như một bồn năng lượng không đổi bởi vì cơ thể bạn đóng góp năng lượng nhiệt và / hoặc độ ẩm, những phân tử năng lượng cao đó di chuyển ra khỏi giao diện với da của bạn và được thay thế bằng không khí khô, mát hơn . Từ góc độ phân tích, nếu không khí chuyển động đủ nhanh, bạn không cần phải làm cho nó trở nên ấm hơn hoặc ẩm hơn theo thời gian vì nó trao đổi nhiệt và độ ẩm với làn da của bạn.

Như nhận xét này chỉ ra , điều quan trọng là phải nhận ra rằng trong khi mồ hôi đặc biệt là một cơ chế làm mát, thì đối lưu hoạt động theo cả hai cách; nếu không khí xung quanh ấm hơn da bạn, một làn gió sẽ khiến nó nóng hơn. Nếu bạn thực sự quan tâm đến chủ đề này, Trung tâm Môi trường Xây dựng của UC Berkeley có một công cụ tiện nghi nhiệt gọn gàng mà bạn có thể chơi, đi sâu vào chi tiết hơn nhiều về các biến cá nhân và môi trường.

— Không khí
nguồn

Trớ trêu trả lời Air.

— JonH

Không khí lạnh thực sự là làn da của bạn được làm mát bằng cách đối lưu cưỡng bức và bốc hơi mồ hôi.
Không có chuyển động không khí, một lớp ranh giới của không khí nóng hơn hình thành trên da và do sự chênh lệch nhiệt độ nhỏ hơn, tốc độ mất nhiệt giảm.
Không khí di chuyển trên da phá vỡ ranh giới này sau đó cho phép không khí tiếp xúc với da do đó làm tăng tốc độ mất nhiệt và do đó da nguội đi nhiều hơn. Sự bay hơi là sự thay đổi trạng thái đòi hỏi nhiệt độ tiềm ẩn được cung cấp bởi da do đó làm mát nhiều hơn. Xem gió lạnh và chỉ số nhiệt hiệu ứng "ngược" .

— Farcher
nguồn

Trong không khí tĩnh, các cơ chế truyền nhiệt chính là khuếch tán và đối lưu tự nhiên. Nếu một vật ở nhiệt độ cao hơn không khí tĩnh, nhiệt sẽ truyền từ vật sang không khí. Về bản chất, không khí ngay lập tức bao quanh vật thể sẽ ở nhiệt độ cao hơn chính không khí.

Trong không khí chuyển động, bạn cũng có sự khuếch tán và đối lưu tự nhiên và cưỡng bức như các cơ chế truyền nhiệt. Đối lưu cưỡng bức có tác dụng loại bỏ không khí nóng ở vùng lân cận xung quanh vật thể đó (do khuếch tán) và cung cấp nhiều không khí hơn ở nhiệt độ ban đầu của không khí nhanh hơn các cơ chế khác.

— Paul
nguồn

Có sự đối lưu trong cả hai trường hợp. Trong không khí tĩnh (nếu thậm chí đúng khi sử dụng thuật ngữ đó), bạn sẽ có sự đối lưu tự nhiên do sự lưu thông của không khí xung quanh do sự khác biệt về mật độ.

— Algo

@ Algo: bạn nói đúng. Tôi nên phân biệt giữa các loại đối lưu khác nhau. Tuy nhiên, sự đối lưu tự nhiên trong tình huống này tương đối không đáng kể như một cơ chế làm mát. Xem câu trả lời cập nhật của tôi.

— Paul