ทำไมอากาศที่กำลังเคลื่อนที่ถึงรู้สึกเย็นชา?

ฉันกำลังเรียนวิชาอุณหพลศาสตร์และมีคำถามต่อไปนี้ ฉันจะถามอาจารย์ของฉันโดยตรง แต่ดูเหมือนว่าคำถามโง่ ๆ ที่มีคำตอบง่ายๆดังนั้นฉันคิดว่าฉันจะลองเสี่ยงโชคที่นี่ด้วยความกลัวว่าจะขายหน้า

เมื่ออากาศไหลผ่านท่อความเมื่อยล้าของมันจะไม่เปลี่ยนแปลง สำหรับก๊าซที่สมบูรณ์แบบแคลอรี่เราพบว่าเอนทาลปีมีความแปรผันตามอุณหภูมิ

{ชั่วโมง}_{0} = คงที่ = ชั่วโมง + \frac{1}{2} {ยู}^{2}

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

ชั่วโมง = ค_{พี} T

$h = c_pT$

ลองดูที่อากาศ เครื่องมีความร้อนเฉพาะที่ความดันคงที่ของK}} อากาศอุณหภูมิห้องเป็นเรื่องเกี่ยวกับ{K} ความเร็วลมมักจะมีดังต่อไปนี้{s}} $1000\ \mathrm{\frac{J}{kg\cdot K}}$ $300 \text{ K}$ $15\ \mathrm{\frac{m}{s}}$

การเขียนสมการของเราใหม่เราสามารถพูดได้ว่า:

ค_{พี} T_{0} = ค_{พี} T + \frac{1}{2} {ยู}^{2}

$c_p T_0 = c_pT + \frac12u^2$

1000 \frac{J}{k ก. \cdot K} \cdot 300 K = 1000 \frac{J}{k ก. \cdot K} \cdot T + \frac{1}{2} (15 \frac{ม.}{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 ก.} = 1000 T \frac{J}{k ก.} + 112.5 \frac{J}{k ก.}

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

T = 299.9 K

$T = 299.9 \text{ K}$

ดังนั้นความเร็วลมปานกลางจะไม่เปลี่ยนแปลงอุณหภูมิเลย ถ้าเช่นนั้นทำไมอากาศที่กำลังออกไปข้างนอกจึงรู้สึกเย็นกว่าอากาศที่ไม่หยุดนิ่งหรือไม่?

— user01101001
แหล่งที่มา

เป็นคำถามที่ดีฉันมักจะมีคำถามนี้เมื่อนั่งใต้พัดลมเพดาน

— Shirish Herwade

หากเราละเลยการระเหยของเหงื่อเป็นเวลาวินาทีอากาศที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าความรู้สึกของร่างกายจะเย็นเมื่อมันเคลื่อนไหว เนื่องจากอากาศภายนอกมักจะเย็นกว่า 37 องศาเซลเซียส / 98 องศาฟาเรนไฮต์ลมจึงรู้สึกเย็น (เอ้อ) อุณหภูมิของอากาศที่สูงกว่าขีด จำกัด นั้นมักจะรู้สึกไม่สบายตัวเพราะการทำให้ร่างกายเย็นลงในตอนนี้ก็คือการระเหยเพียงอย่างเดียว ฉันอยู่ที่ Death Valley ในเดือนพฤษภาคม ฉันรับรองกับคุณได้ว่าลมที่นั่นรู้สึกไม่เย็น แต่เหมือนเครื่องเป่าลม ย้ายอากาศเหนืออุณหภูมิบางจริงรู้สึกที่อบอุ่น

— ปีเตอร์ - Reinstate Monica

คุณอาจรู้สึกงี่เง่าน้อยลง :-) - ในชั้นเรียนนั่นคือ - ถ้าคุณใช้ถ้อยคำใหม่ว่า "ทำไมอากาศเคลื่อนที่จึงให้ความเย็นแก่เครื่องจักร (ชิปคอมพิวเตอร์หรือเครื่องยนต์ VW-1975) มากกว่าอากาศนิ่ง"?

— Carl Witthoft

เป็นเพราะความรู้สึกนั้นไม่ได้เกี่ยวข้องกับอุณหภูมิอากาศ แต่เป็นการถ่ายเทความร้อนนั่นคือเหตุผลที่ปีเตอร์รู้สึกไม่เย็นเมื่อในเดือนพฤษภาคมของหุบเขามรณะ หากร่างกายของคุณอบอุ่นกว่าอากาศโดยรอบคุณจะรู้สึกเย็นและเป็นทางอื่น ตัวรับในผิวหนังเป็นกุญแจสำคัญตามที่อธิบายไว้ในคำตอบของ Air ด้านล่าง

— raspacorp

เป่าลมกับใครบางคนในห้องซาวน่าและคุณจะเห็นว่าความรู้สึกของความเย็นนั้นสัมพันธ์กับอุณหภูมิของร่างกาย :)

— Filip Haglund

คำตอบ:

มีเหตุผลสองสามข้อ ก่อนอื่นสิ่งสำคัญคือให้สังเกตว่าความรู้สึกของความอบอุ่นหรือความเย็นนั้นสัมพันธ์กับอุณหภูมิโดยทางอ้อมเท่านั้น ตัวรับในผิวของคุณที่เกี่ยวข้องกับอุณหภูมินั้นส่วนใหญ่ไวต่อการถ่ายเทความร้อนและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิไม่ใช่ค่าอุณหภูมิที่แน่นอนมากนัก ตัวอย่างเช่นต่อไปนี้เป็นข้อความที่ตัดตอนมาจากบทความ EB เรื่อง thermoreception ที่น่าสนใจ:

ตัวรับความเย็นตอบสนองต่อการระบายความร้อนอย่างฉับพลันด้วยการเพิ่มความถี่ในการปลดปล่อยชั่วคราว (เรียกว่าการตอบสนองแบบไดนามิก) ที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับอุณหภูมิก่อนหน้านี้และขนาดและอัตราการลดลงของอุณหภูมิ หากรักษาอุณหภูมิของเครื่องทำความเย็นไว้ความถี่การคายประจุจะปรับเข้ากับความถี่ของการคายประจุที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับอุณหภูมิของเครื่องทำความเย็น

ดังนั้นความรู้สึกของความเย็นจึงเกี่ยวข้องกับการถ่ายเทความร้อนออกไปจากผิวหนังอย่างรวดเร็ว การถ่ายเทความร้อนเกิดขึ้นในสามโหมด: การแผ่รังสีการนำและการพาความร้อน มันเป็นอันสุดท้ายที่สำคัญเพราะการพาความร้อนขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหว ไม่มีการเคลื่อนไหวมีเพียงรังสีและการนำเท่านั้น อากาศเป็นฉนวนที่ดีพอสมควรทำให้การนำไฟฟ้ามีประสิทธิภาพลดลง และมันโปร่งใสในช่วงคลื่นกว้างหมายถึงไม่มีการแลกเปลี่ยนความร้อนจากรังสีอย่างมีนัยสำคัญ และผิวของคุณมีขนเล็ก ๆ จำนวนมาก (และอาจมีขนที่ใหญ่กว่าขึ้นอยู่กับบุคคล) ที่ทำงานกับการไหลเวียนของการไหลเวียนเล็กน้อยจากร่างหรือการรบกวนเล็กน้อย

โดยทั่วไปในกรณีที่ไม่มีการพาความร้อน (อากาศย้าย) ที่ผิวของคุณจะอยู่ภายในเครื่องอุ่นอากาศขวารอบตัวเองและอากาศที่จะไม่ถูกแทนที่อย่างรวดเร็วด้วยอากาศเย็น ขณะที่มันอุ่นก็จะช่วยลดความร้อนออกจากผิวของคุณ (เนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิที่น้อยกว่านั้นเป็นตัวขับที่อ่อนแอกว่า)

แต่ปัจจัยที่สำคัญมากขึ้นในกรณีส่วนใหญ่น่าจะเพิ่มขึ้นevaporative เย็น เช่นเดียวกับที่ชั้นอากาศรอบ ๆ ผิวของคุณทำหน้าที่ให้ความร้อนและได้รับความอบอุ่นจากผิวของคุณมันก็จะระเหยความชื้นและกลายเป็นความชื้นมากขึ้น (ผิวของคุณอาจสูญเสียความชุ่มชื้นสู่อากาศแห้งแม้ว่าคุณจะไม่รู้สึกเหงื่อออก) เช่นเดียวกับการถ่ายโอนความร้อนจะลดลงเมื่ออากาศอุ่นขึ้นและเข้าใกล้อุณหภูมิร่างกายของคุณดังนั้นการระเหยจะลดลงตามไปด้วย อากาศรอบ ๆ ร่างกายของคุณจะชื้นขึ้นเล็กน้อย แต่เมื่ออากาศเคลื่อนที่จะมีประสิทธิภาพมากขึ้นในการระเหยความชื้นออกจากผิวของคุณ คุณสามารถอ่านเกี่ยวกับกลไกของเหงื่อสำหรับพื้นหลังเพิ่มเติม

ในทั้งสองกรณีอากาศที่กำลังเคลื่อนที่ทำหน้าที่คล้ายกับอ่างพลังงานคงที่มากขึ้นเนื่องจากเมื่อร่างกายของคุณก่อให้เกิดพลังงานความร้อนและ / หรือความชื้นโมเลกุลพลังงานสูงเหล่านั้นจะย้ายออกจากส่วนต่อประสานกับผิวของคุณและถูกแทนที่ด้วยอากาศแห้ง . จากมุมมองการวิเคราะห์ถ้าอากาศเคลื่อนที่เร็วพอคุณไม่ต้องคิดว่ามันจะอุ่นขึ้นหรือชื้นขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปเพราะมันแลกเปลี่ยนความร้อนและความชื้นกับผิวของคุณ

ในฐานะที่เป็นความคิดเห็นนี้ชี้ให้เห็นมันเป็นสิ่งสำคัญที่จะรับรู้ว่าในขณะที่เหงื่อเฉพาะกลไกการระบายความร้อนที่หมุนเวียนทำงานทั้งสองวิธี; หากอากาศโดยรอบอุ่นกว่าผิวของคุณสายลมจะทำให้รู้สึกร้อนขึ้น หากคุณสนใจในหัวข้อนี้จริง ๆ ศูนย์ของ UC Berkeley มีเครื่องมืออุ่นสบายที่คุณสามารถเล่นได้ซึ่งจะให้รายละเอียดมากขึ้นถึงตัวแปรส่วนบุคคลและสิ่งแวดล้อม

— อากาศ
แหล่งที่มา

ตอบแดกดันด้วยAirตัวเอง

— JonH

อากาศที่เย็นจัดนั้นเป็นผิวของคุณที่ถูกทำให้เย็นลงโดยการพาความร้อนและการระเหยของเหงื่อ
เมื่อไม่มีการเคลื่อนที่ของอากาศชั้นเขตร้อนของอากาศจะก่อตัวขึ้นเหนือผิวหนังดังนั้นเนื่องจากอุณหภูมิที่เล็กลงทำให้อัตราการสูญเสียความร้อนลดลง
การเคลื่อนย้ายอากาศไปเหนือผิวจะรบกวนขอบเขตนี้ในภายหลังทำให้อากาศที่ไม่ผ่านความร้อนสัมผัสกับผิวหนังซึ่งจะเป็นการเพิ่มอัตราการสูญเสียความร้อนและทำให้ผิวเย็นลงมากขึ้น การระเหยคือการเปลี่ยนแปลงของสถานะซึ่งต้องใช้ความร้อนแฝงที่มีให้โดยผิวหนังซึ่งทำให้เย็นมากขึ้น ดูลมหนาวและสำหรับ "ตรงข้าม" ผลดัชนีความร้อน

— Farcher
แหล่งที่มา

ในอากาศนิ่งกลไกการถ่ายเทความร้อนหลักคือการกระจายและการพาความร้อนตามธรรมชาติ หากวัตถุอยู่ที่อุณหภูมิสูงกว่าอากาศนิ่งความร้อนจะไหลจากวัตถุไปยังอากาศ ในสาระสำคัญอากาศที่อยู่รอบ ๆ วัตถุนั้นจะมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศในทันที

ในอากาศที่กำลังเคลื่อนที่คุณมีการพาและการพาความร้อนแบบธรรมชาติและแบบบังคับเป็นกลไกการถ่ายเทความร้อน การพาความร้อนแบบบังคับทำงานเพื่อกำจัดอากาศร้อนในบริเวณใกล้เคียงรอบวัตถุนั้น (เนื่องจากการฟุ้งกระจาย) และจ่ายอากาศให้มากขึ้นที่อุณหภูมิดั้งเดิมของอากาศเร็วกว่ากลไกอื่น ๆ

— พอล
แหล่งที่มา

มีการพาความร้อนในทั้งสองกรณี ในอากาศนิ่ง (หากถูกต้องแม้จะใช้คำดังกล่าว) คุณจะมีการพาความร้อนตามธรรมชาติเนื่องจากการไหลเวียนของอากาศรอบข้างเนื่องจากความแตกต่างของความหนาแน่น

— อัลโก

@Algo: ถูกต้อง ฉันควรแยกความแตกต่างระหว่างการพาชนิดต่าง ๆ อย่างไรก็ตามการพาความร้อนตามธรรมชาติในสถานการณ์นี้ค่อนข้างเล็กน้อยในฐานะกลไกการทำความเย็น ดูคำตอบที่อัปเดตของฉัน

— Paul