河北省石家庄市鹿泉区获鹿镇中学 李卫华
天气越来越冷了,小明每天早晨上学时,妈妈都会说:“记着穿外套,别感冒了!”好奇的小明突然想:“多穿一件衣服确实感觉暖和了,但是外套能增加我们的体温吗?”带着这个疑惑,小明和同学们决定用实验来验证一下。
【提出问题】穿外套能增加体温吗?
【猜想假设】猜想一:穿外套能增加体温,因为穿衣服后感觉暖和了;
猜想二:穿外套不能增加体温,因为盖上棉被的冰块熔化得更慢。
【设计和进行实验】
实验一:穿外套和不穿外套两种情况下测量人的体温,记录实验数据如表一。
实验结论:穿外套并不能增加我们的体温。
既然穿外套不能增加体温,那为什么穿上外套之后感觉暖和了?这个道理其实也很简单,因为人体本身就是一种热源,穿上外套之后,可以阻止我们身体的热量大量向外扩散,所以我们会觉得比较暖和。当然人还是一种恒温动物,能够自动调节体温。
表一
那如果是不能自动调节温度且持续放热的热源呢?包裹后温度会不会增加?
实验二:拿两个相同的电发热体——电吹风机,其中一个用棉垫包裹起来,另一个不包裹,持续工作相同时间,在离出风口10 cm处,分别测量温度,记录实验数据如表二。
实验结论:包裹棉垫后减少了热量的散失,导致温度增加较多。
那盖上棉被的冰块是不是熔化得更慢呢?
实验三:室温下,在两个相同的瓶子中放入等量的冰块,其中一个瓶子用棉垫包裹起来,另一个自然放置在桌面上,等到没有被包裹着的瓶子里的冰块已经熔化了一多半时,把包裹着另一个瓶子的棉垫打开,发现其中的冰块几乎没有熔化。
表二
实验结论:盖棉被反而会减缓冰块的熔化,甚至使冰块像停留在冷却瓶里一样。
看来包裹棉衣物既能使物体保温又能使物体保冷,这是为什么呢?我们知道,物体温度的变化源于物体之间的热传递,而热传递有三种方式——传导、对流和辐射。棉被、羽绒服和保温杯等通过导热性差的材料(如棉花、羽毛、玻璃)或真空来隔绝物体与外界空气,减少了二者之间的热传导和热对流,从而达到保温效果;暖壶则在此基础上,通过在内胆镀银,将容器内物体向外的热辐射反射回去,同时也防止了外部的热辐射进入瓶内,从而减少了热辐射形式的热传递。
同理,一般粉末状的物质也和外套一样,是热的不良导体,也具有保温作用。因此,若是地面积满了雪,热量就很难扩散。通常雪面下的土壤温度比没有雪覆盖的土壤温度要高10℃左右。
总的来说,不是外套温暖了人体,而是人体温暖了外套,外套只是减缓了人体热量的散失。