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小暑节气说桑拿天与出汗

已有 684 次阅读 2018-7-7 07:59 |个人分类:科学与生活|系统分类:科普集锦| 小鼠, 桑拿天, 汗水, 暑热, 水分子

小暑节气说桑拿天与出汗

时令已经到了小暑节气,不论是南方还是北方,从小暑到大暑这个时间段,也就是7月中旬前后,都是最暑热的天气。在长江流域,梅雨天气已经到了末期。梅雨为什么会结束?那是因为太平洋暖高压日益强大,把雨区向北推移。因此。梅雨的结束意味着太平洋暖高压的统治。艳阳高照下的长江流域将迎来一个又一个高温天。而在黄河流域,虽然6月份已经有过大面积的特高温度,但是,那时候北方房屋厚厚的墙体,使得室内并未热透,而且干燥的空气在夜晚能够较快地冷却下来。但是,到了小暑与大暑期间,房子早已热透,长江流域的潮湿气团北抬,黄河流域就到了气温又高、湿度又大的“桑拿天气”。离开了空调的房间,不要说劳动工作,就是静静地躺着,轻摇着扇子,也是一身大汗。一年之中最暑热的时令到了。

人们都知道,桑拿天气最为难受,也就是说,在相同的较高气温下,如果空气中的湿度很大,人们会感到很不舒服。这是人人都能够亲身体验到的。但是,其中的道理,却未见的人人都能够说清楚。有人说,那是汗出不来,所以难受;也有人说,桑拿天会出太多的汗,以至于大汗淋漓,所以难受。这些都是媒体上常常可以见到的说法,到底对不对呢?如果不对,那么为什么不对呢?各位听我慢慢从头道来。

从头,从哪里的头呢?从吃饭说起。众所周知,我们都要吃饭,为什么要吃饭?因为我们要活,活就是动,手要动、脚要动、心脏要跳动、大脑要思维,要动就需要能量,所以我们要吃饭。吃进去淀粉、脂肪等,经过消化吸收,到细胞中最后氧化,放出能量,使我们的身体器官都能够活动。一般人每天需要2000到3000千卡的能量。而在这些能量支持下身体各部分肌肉运动所做的功,到最后都会变成了热。

如果这些热量不能够及时放出去,我们身体的温度就会不断地上升,身体的各器官都会出现问题。我们是恒温动物,体温一定要维持在摄氏三十七度附近,身体中的各种化学反应都只能在这个温度附近进行,多高或过低的体温都会使我们身体各器官的运行发生问题。

在大多数情况下,我们生活的环境温度是比我们身体的温度低很多的,所以,我们身上的热量很容易传递给周围的环境。这时,我们的体温会下降,会感到寒冷。为了保持我们的体温,不至于在极端寒冷的气温下体温太低,影响各器官的运行,从而被冻病甚至冻死,我们的祖先学会了制衣。穿上衣服的人们一方面保持了体温,另一方面也感到了温暖舒适。

但是,有时候周围的环境温度较高,我们体内的热量就必须要及时散发出去。热量散发的最主要途径之一是传导,传导是热量从温度较高的物体传递给温度较低的物体。当环境温度较高时,热量就难以传递出去,当环境温度比体温还高时,热量的传导就是反向的了。人们穿上衣服之后,能够在相当程度上减少热量的传导和辐射。好得我们的身体还有一个散发热量的重要途径,那就是出汗。

出汗为什么能够散发热量?汗液的绝大多数成分是水,水在常温下是液体。但是,水会吸收热量从而蒸发成为气体。为什么水的蒸发需要热量?

我们都知道,我们看得见的水是由一个个极其微小的水分子组成的。一个水分子由一个氧原子和两个氢分子构成。水分子带极性,也就是说,在氧原子附近带负电,在氢分子附近带正电。这样,一个分子中的氧原子会与另一个水分子中的氢原子相互吸引。许许多多分子之间的这种相互作用使得水分子在常温下容易凝聚在一起,形成液体。

但是,每一个水分子又有动能,一些具有较大动能的水分子就可能离开液体的水,这就是蒸发。具有较大动能的水分子离开液体,液体中平均每一个分子的能量也就下降了。液体水的温度就会下降。所以,蒸发是会带走能量的。在我们皮肤的温度下,蒸发一克汗水,大概能够带走580多卡的热量。这是一个相当大的量,使一克水的温度升高一度,只需要一卡的热量。

我们知道,水分子是非常小的,水分子中氧原子与氢原子之间的平均距离只不到0.1纳米(纳米是十亿分之一米),有些高能的水分子在离开液体水面不远的地方有可能又会重新回到液体中去,这样能量又会回到液体中。如果液体周围有流动的空气,流动的空气就会把离开液面不远的水分子吹到很远的地方去,这些带有较高能量水分子也就回不去了。

这样,流动的空气能够加速液体的蒸发,也就能够带走更多地热量。这就是风能使凉的原因之一(另一个原因是加速了上面所说的身体对空气的热量传递)。在冬天,人们主要是御寒,所以怕风,正如民谚所说“冷在风里、穷在债上”。在夏天,主要的问题成了散热,所以人们需要扇子,手动的或电动的。小孩子开玩笑的儿歌说:“六月不借扇,借扇要到八月半,十二月里与你大打扇”。

上面说到,水的蒸发能够带走能量,而水的蒸发就是水分子离开了液体,跑到空气中去了。但是,如果空气中也有水分子,那些水分子也能够进入液体水中去,这个过程叫做凝结。凝结是蒸发的逆过程。当然也是使得液体水中平均能量增加的过程。在微观上,蒸发和凝结两个过程总是同时存在的,我们在宏观上观察到的水在蒸发的过程实际上是蒸发和凝结两个过程的总和

我们容易理解,如果空气中水分子很少,也就是空气很干燥,那么蒸发较为容易,凝结较少。如果空气中,水分子很多,那么随着空气中水分子的增加,凝结将越来越容易。如果空气中的水分子增加到某一个数目,蒸发和凝结将取得平衡,这时候在宏观上将观察不到水分的蒸发了。那时候,空气中的水分子也就是所谓水蒸气就是饱和了。当然,空气中达到饱和的水蒸气含量是与温度有关的。温度越高,空气中允许的水蒸气含量越多。

我们把空气中水蒸气的多少也就是空气的干湿程度称为空气的湿度。但是,真正用处大的是空气中的水蒸气的数量与饱和时的相对百分比,这就是相对湿度。我们把饱和时的水蒸气的含量作为百分之百。那么空气中实际所含有的水蒸气含量与饱和时水蒸气含量的百分比就是其相对湿度。例如,如果水蒸气含量只有饱和时的一半,就称为相对湿度为50%。由于相对湿度的用处大,我们一般所说的湿度就是指相对湿度。

很明显,湿度越大,宏观上可以看得到的蒸发(那是微观上蒸发与凝结的总和)也就越困难。当空气湿度达到百分之百的时候,宏观上的蒸发就为零了,洗了的衣服就不会干了。南方黄梅天时有的时候就是如此,洗了的衣服几天也不干。我们所说的桑拿天也就是气温很高而且相对湿度很大的天气。

上面已经说过,我们出汗是为了散去体内的热量,出汗量的多少,与温度有关,体温越高,出汗越多。所以,桑拿天并不是出不来汗,而是出了的汗难以蒸发掉,汗不能蒸发,也就不能带走热量,这也是我们感到难受的主要原因。

由于外界本来温度已经很高了,身体的热量很难通过热量的直接传递散发出去,又加上环境的湿度很大,使得以蒸发汗水的形式带走热量也很困难,这两个因素叠加在一起,就是小暑到大暑前后,天气使人感到暑热难熬的根源

是热的意思,但只是指天气的热。我们的祖先造字很讲究,“热”字底下是火,下面点火,上面就热了。而“暑”字则是头上有日。太阳当头照,这才可能是暑。清代文字学家段玉裁指出:“暑之义主谓湿,热之义主谓燥,故溽暑谓湿暑也(暑字的意思略偏重于湿,热字则偏重于燥,所以溽暑就是指夏天的又湿又热)。”

    暑天又湿又热,暑热的天气对人的身体有伤害。古人对此早就有深切的感受,他们把这种伤害称为“中暑”,我们今天仍然用这个名词,不过我们对此的理解以及治疗的方法已经科学多了。

      




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