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  • 1 # 天文線上

      當我們“感覺”到熱的時候,是因為電磁輻射激發了我們體內的水分子嗎?

      首先宣告,我並不是一名生物學家,但我瀏覽了一部分網站來補充知識,畢竟對高中時生理解剖學課的記憶已經模糊,所以希望我所回答的生物學部分是相當精準的。

      

      好了現在讓我們來區分“熱”這個字的兩種用法。熱是一種感覺,當我們面板中的熱敏神經檢測到面板表層溫度和身體內部溫度之間存在差異時,就會產生這種感覺。不過,“熱”在物理學中也有特定的含義,即熱能。

      

      熱感來自探測面板溫度的神經末梢。當熱能流入面板時,面板的溫度會升高。在適度溫度範圍內,神經末梢往往會適應這種變動——這就是為什麼當你開始洗熱水澡時感覺很燙,但隨後會逐漸適應水溫。由此可見,神經末梢對溫度變化極為敏感。

      一般來說,熱量在兩處之間傳遞的方式有三種:對流、傳導和輻射。

      對流發正在流體中。當流體中溫度較高的部分上升時(同時較冷部分下降)便形成對流——但這與神經傳導並沒什麼關係。

      

      熱傳導發生在兩個直接接觸的物體之間。例如,用手握著一個熱馬克杯時,熱量就直接從杯子流向你的手,使面板溫度升高,你就會感覺到熱。然而整個過程中都沒有發生任何光子交換——只有分子間的相互撞擊。

      輻射以光子形式攜帶熱量。這意味著輻射攜帶熱量並不需要熱物體和人之間進行直接接觸,因為光子可以穿透空氣,甚至真空。

      因為我們日常接觸的許多物體(任何溫度低於500攝氏度的物體)都是透過紅外線輻射其大部分能量,所以我們經常認為紅外線即是“熱輻射”。其實,所有波長的光都攜帶熱量。太陽太熱了,以至於它的大部分光線都以可見光波長輻射出來,然後這些光子給予地球(包括地球上的人)熱量。

      另外,不僅僅是水分子,任何物體都能吸收光子。例如,每一位喜歡赤腳走路的人都知道,一條完全乾燥的人行道在Sunny明媚的日子裡會變得非常燙腳。也許你會聯想到微波爐的作用原理,它發射光子,然後這些光子被水分子(以及食物中常見的其他分子,如脂肪)高效吸收。你的身體會吸收微波,但它們並不由太陽或其他物體大量產生。

      

      此時此刻,光子撞擊你的面板,其中一些光子會被反射,這樣我們就能看到他人。我們正是透過看到從面板反射回來的可見光子做到的。但並不是所有的光子都會反射回來——不然,人們看起來就是純白色的了。那些沒有反射回來的光子就被吸收了,將能量轉移到面板上,提高面板的溫度,於是我們再次感受到了“熱”。

      

      熱量

      在熱力學中,熱是透過除熱力做功和物質轉移以外的機制,向熱力學系統傳遞或自熱力學系統傳遞的一種能量。這些機制包括:熱傳導,透過靜止物體的直接接觸,或透過一堵不透物質的牆壁或屏障進行傳遞;熱輻射,在分離的物體之間進行;做功,環境對相應系統做等容機械功;焦耳加熱,由外部系統驅動的電流透過相關係統進行的加熱;以及這些模式的組合。

      

      當兩個溫度不同的系統之間存在一條合適的路徑時,熱必然立即自發地從熱系統到冷系統進行傳遞。熱傳導是由微觀粒子(如原子或分子)的隨機運動引起的。相反,熱力學功是由對系統整體狀態變數直接作用的機制定義的;例如,透過具有外部可測量力的活塞運動改變系統的體積,或透過外部可測量的電場變化來改變系統內部的極化狀態。傳熱的定義並不要求過程全部都是漸變的。例如,一道閃電就能把熱量傳遞給一個物體。

      

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