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杂说暑天的出汗、降温和穿衣
明日(7月23日)大暑。暑是热的意思。暑和煮两个字,是很有趣的一对。煮字表示底下用火烧(四点就是火字的形变,人们这样写,盖为不使字形过长);暑字则表示太阳在头顶晒。夏天在太阳暴晒下的温度,五六十摄氏度并不罕见。如古诗所说,赤日炎炎似火烧。大暑天气,真的就如在用火煮一般。
人是恒温动物,人体内的许多化学反应都必须在37℃左右进行,温度高了低了都不行。但是,人的各器官包括大脑、内脏和四肢的肌肉都在运动,都需要能量,这些能量很大一部分最后都转化为热。这些热能就需要散发出去,不然人的体温就会上升。
一年四季,人周围的气温在绝大多数情况下都低于人的体温,所以,人体的散温在大多数情况下是很容易的。在冬季,外界气温很低,如果散热太多,人的体温就会降低太多,影响到人体的各种化学反应,就可能会产生不良的影响,极端的情况下,甚至可能把人冻死。所以,在大多数情况下,人要穿衣裳,以保住身体的温度。
然而,夏天气温高,穿着的衣服不合适,人的散温就有可能发生困难。这时,人会感到不舒服。
热量的传递,自然的情况下,总是从温度高的物体传向温度低的物体。传递的方式,有传导、对流和辐射。
衣服贴着皮肤,身体的热量可以传导给衣服,衣服再传导给外界。衣服中间有许多小的空隙,那是热的不良导体,所以衣服能够保温,延缓体温向外界的传导。这样,人们在冬天的穿着厚实,而夏天的穿着则单薄。
衣服与皮肤之间总会有较大的空间,空气可以在这些空间流动,这种流动可以帮助散热。穿着的衣服越宽松,越便于空气的流动。所以,冬天的衣服比较紧身,而夏天的衣着大多宽松。
热的辐射,这里是指红外线的辐射。物体只要不在绝对零度,就会向外辐射红外线。温度越高,辐射就越多。我们用“红外枪”测体温,就是测量皮肤向外辐射的红外线。裸露在外的皮肤直接直接把红外线辐射给外界。穿着衣服的情况下,皮肤把红外线辐射给衣服,衣服会辐射给外界,也会辐射给皮肤。一般情况下,身体温度比衣服高,衣服温度比外界高,所以人仍然往外辐射热量。
人体除了按照上面所说的一般干燥物体间热量传递的方式之外,还可以通过水的介质来向外传递热量。虽然也还是上面所说的三种方式,但是,其介质是水分子。
众所周知,水分子由一个氧原子和两个氢原子组成,形成一个三角的形状。由于氧原子吸引电子的能力比氢原子大得多,所以,水分子中,正电荷的中心与负电荷的中心并不重合。另一方面,一个水分子中的氧原子,仍然有可能去吸引另一个水分子中的氢原子,形成所谓“氢键”。这样,在水分子之间有很强的吸引力。这种分子间的较强的相互作用致使水在室温下就凝结成为液体,而通常的小分子如三原子分子二氧化碳(CO2)、四原子分子氨(NH3)、五原子的甲烷(CH4)、六原子的乙烯(C2H4)等在室温下都是气体。
但是,仍然有一些水分子在得到较大能量的情况下能够“挣脱”别的水分子的吸引,离开液态水中的其他水分子成为气体(水蒸气)。我们洗了的衣服,能够晒干或晾干,就是一个说明。
要挣脱别的分子的吸引就需要能量,因而水从液体变成气体需要大量的能量。衣服放在太阳下晒,显然比阴晾更容易干,那是太阳给了它更多的能量。
在室温下,每一克水蒸发成水蒸气,大约需要580多卡的热量。这是一个很大的数目,做一个近似的比较,把一克水的温度升高一摄氏度,需要一卡的热量,把一克水从0℃烧到100℃,也才需要100卡热量,而室温下把一克水蒸发掉,差不多需要能够把近8克的水烧开的热量。
这样,在外界气温较高的条件下,出汗,从而让汗水蒸发,就是带走我们身体热量的重要手段。
蒸发是水分子离开液体水成为气体,同样,空气中的水分子也可以从跑到液体水中,这个过程就是凝结。蒸发和凝结这两个过程同时存在。空气中水分子的多少,决定了哪一个过程更占上风。
如果空气中水分子很少,凝结过程会很少,蒸发与凝结两个过程之和,可以说蒸发就比较容易;空气中水分子越多,凝结就越多,两个过程之和,蒸发显得就比较困难。这是我们都经历过的:天气潮湿,洗的衣服就不容易干。
如果空气中的水分子多到一定程度,蒸发和凝结两个过程会达到动态平衡。我们说这时候空气中的水汽就饱和了。如果再增加水汽,那么凝结就会大于蒸发。
空气中水汽的饱和程度是随着温度变化的,在高温下,空气中能够容纳更多的水汽。当气温下降时,空气中的水汽往往就会超饱和,水就会凝结下来。冬天的时候,室内温度高,室外温度低,窗户玻璃上就会凝结上水滴,甚至结成冰。夏天开空调,空调把空气冷却,就有水凝结出来,所以空调的管子就往外滴水。
蒸发过程是需要能量的,如果没有外界给予能量,那么液体水的温度将下降;而凝结过程与之相反,它是放出能量的。空调就是利用了这个原理,让工作液蒸发以吸收能量,致使室内气温降低,而让工作液凝结而放出能量。我们路过空调的室外电扇边上,能够感觉到电扇吹出来的热风。
如果蒸发很容易,我们身上的汗水很容易干,带走的热量就多,我们感到凉爽。如果蒸发不容易,身上的汗水不容易干,身上的热量不容易带走,我们会感到闷热。
实际上,由于出汗,我们身边的空气中水分子的分布并不均匀。离开我们身体越近,水分子就越多。我们穿着衣服,影响着水分子的离开。如果衣服宽松些,水分子就容易离开。衣服不宽松,影响水分子的离开,就显得闷热。
我们吹风扇,如果外界气温低于体温,就能够加速外界空气与身体的热量交换,降低身体的温度,使我们感到凉快。另一方面,风把身体附近的水分子较多的空气吹走,有利于皮肤上汗水的迅速蒸发,带走热量,更使我们感到凉爽。
如果我们在大运动量的运动,身体各部分器官、肌肉都将产生大量的热量,出汗将是我们身体降温最重要的手段。如果天气过于炎热,甚至气温超过了体温,降低体温的办法也只有出汗。如何使得汗水能够通畅地排出而且尽可能快速地干燥,就是一个最重要的任务。这时候,需要衣服的宽松,不要太紧。
一般人认为,棉织品吸水性强,可以作内衣,但是,当汗水太多时,棉织品反而是不好的。棉花的成分主要是纤维素,纤维素的单体是葡萄糖,葡萄糖的每一个碳环上都有羟基,非常容易与水结合,所以棉花的吸水性能非常好,但问题也在于它与水结合太好了,水不能很快地排走。湿透了的棉织品衣服就往往牢牢地黏在身上,影响着汗水的蒸发。
所以,在基本上不出汗或出汗很少的情况下(实际上人每时每刻都在出汗,只是出汗太少的时候,很快就干了),人穿着棉织品的内衣非常好的,它能够迅速吸干少量的汗水,使人们根本感觉不到汗水的存在。但是,在汗流如雨的情况下,湿透了的棉织品内衣黏在身上就不舒服了。
过去南方天气暑热,又潮又热,人们又没有如今的空调,夏日出汗不止,穿棉织品黏在身上也很难受。略有身份的人又不好光身体,于是,香云纱就成了非常好的暑夏衣料。香云纱,在江南又讹称香烟纱,是丝织品用薯莨(音liang4)浸出液反复处理的衣料,一面黑色,另一面如香烟烟丝的棕色,很有特色。香云纱的最大优点是不沾皮肤,轻薄而不易起皱,柔软而富有身骨。当然,其缺点是颜色不漂亮。在上世纪四十年代及以前,是江南百姓居家穿着的良好衣料。现在空调盛行,在家里再也不容易大汗淋漓,穿香云纱的人也就很少了。
运动员在运动时出汗像下雨一样,现在有优质的合成纤维运动服,超细的纤维,毛细作用好,能将身上流出的汗水迅速抽走。
现在,还有一些在高温酷暑下继续工作的工人。为了公众的利益,他们在高温下辛勤地工作,是值得我们每一个人尊敬的。应当尽可能地缩短他们在高温下工作的时间。如果一定要在阳光酷暑下工作,由于外界温度高于体温,出汗是唯一可以使他们身体降温的途径。他们应当穿着比较厚实而宽松的衣帽。厚实,是避免外界的高温辐射和太阳的直接照射。宽松,是使空气能够流通,便于汗水的蒸发。即使如此,也必须避免在高温酷暑下过长时间的工作。
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