2018年12月11日星期二

知乎日报: 同样是 37℃,为什么在外面觉得热,在水里却觉得冷?

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同样是 37℃,为什么在外面觉得热,在水里却觉得冷?
Dec 12th 2018, 01:07

CHANGEclub,健身减脂就吃Change酸奶~

谢腰。主要有两个因素,一个是皮肤与外界温差,另一个是散热效率

我们人类的核心体温大约是 37℃。

下丘脑作为人体的"恒温器",使我们身体处于一种动态平衡中,即产生的热量和损失的热量相当,从而保持 37℃体温的稳定。

要知道,人体就像一个不断产生热量的发动机。

收缩的心脏、运动的肌肉、维持神经活跃的离子泵、分解食物和合成新组织的生化反应等等都在持续地产生热量。

所以,一般情况下,我们的身体急需将热量散发出去

怎么散热呢?靠血液的循环,把核心高温的血液带到四肢体表;靠呼吸,吸入凉爽干燥的空气,吐出潮湿温热的空气;最主要是靠出汗,体表汗液蒸发带走大量的热量帮助降温。

所以,无论气温还是水温,外界温度大于等于 37℃时,我们都是需要借助上述方法散热的。

我们不妨来做一个假设:

为了维持核心体温 37℃,外界温度是多少度最合适(无需额外运动,代谢率稳定)?

答案是取决于我们身处的介质——在静止的空气中大约为 21~27℃,在静止的水里大约是 28~33℃。

咋不一样呢?

这是因为水和空气的传热能力不同:

对于一个物体在某种介质的传热过程中,

在水中的传热系数是 230 watts·m-2·°C-1

在空气中的传热系数是 9 watts·m-2·°C-1

25 倍(230/9),水比空气的传热能力要好太多了。

同样是为了维持自身体温,气温要比水温更低才能达到"相同的散热效率"。

接下来我们回到题目中,把温度上升到 37℃。

为什么气温 37 度人会觉得热,但是洗澡的时候水温 37 度会冷呢?

这个时候我们要再补充一个概念,就是温度感受器。

如果说下丘脑是维持核心体温 37 度的恒温器,温度感受器就是广泛分步于身体各部位的小小传感器。

所以我们感受到外界温度的高低不同,其实也是因为体表分步的温度感受器感知到了皮肤与外界的温差。

1、气温 37 度:

我们疯狂出汗,水分子蒸发吸热带走大量的能量,让你的体表温度迅速下降。

皮肤中大量的温度感受器,感知到了皮肤与外界的温差,因此觉得特别热,但是散热效率尚可

2、水温 37 度:

如果是泡澡,进入水里,我们的皮肤温度会迅速上升到了 37 度左右。

此外,由于水的超强传热能力,维持核心体温的散热也不会十分困难。

因此,我们会先感觉很热,然后很快觉得舒服温暖…当然由于这种情况下出汗蒸发效率低下,所以泡澡理论上 37 度不会觉得冷,泡久了还觉得有点热呢。

如果是冲澡就更简单了,流动的水加快了温度的传递,而且外界的气温通常也低于 37 度,散热完全不成问题,所以 37 度可能还有点冷,洗澡水的温度要上升到 38-42 度才会觉得舒服。

而且无论泡澡还是洗澡,你都没穿衣服啊!

小猴子的洗澡示范 -v-

Time for a monkey bath~We are gonna clean the dirty butt~

3、附加题:气温 37 度、潮湿:

这种情况就最惨了,相比于干燥的 37 度,潮湿的 37 度更容易热 skr 人…

大家应该听说过体感温度(AT, apparent temperature):

其中 AT 为体感温度(°C)、T 为气温(°C)、e 为水汽压(hPa)、V 为风速(m/sec)、RH 为相对湿度(%)。

可看出相对湿度越大、风速越小时,能得出较大的体感温度,此公式则由中央气象局预报各地体感温度所引用。

简单解释一下,当气温 37 度并且湿度很高时,这种空气状态并不能增加多少热传导效率,反而由于空气中水蒸气分压较大导致出汗蒸发能力受限,还不吹风,因此散热效率最最最最差,维持核心体温也最困难。

所以说不刮风的桑拿天才是最可怕的。

最后这个问题告诉我们:

泡澡,36~38 度舒服;

冲澡,38~42 度舒服;

天热,开空调舒服…

参考资料:

[1] When air is the same temperature as our body, why do we feel hot? – Scientific American

[2] ALEXIOU, S. (2014). The effect of water temperature on the human body and the swimming effort. Biology of exercise, 10(2).

[3] apparent temperature – Wikipedia

[4]Why is 38C air hot but 38C water not? – ABC Science

Media files:
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