梅乐芝经理的科普文章 （五）（2 / 2）

前面我们提到飓风，也称为台风，就是水蒸气释放出的潜热造成的。在热带海面上，海水温度足够高（大于27c），且热海水足够深（大于50米），这个就是飓风的能量来源。在此海面上，一个巨大的热气包离开海面，形成局部真空，此处气压降低，形成飓风中心。周围的空气涌来补充。而涌来的气流由科里奥利力偏转，形成逆时针（北半球）或顺时针（南半球）的大旋涡。大量携带水蒸气的上升气流包，在空中温度迅速下降，部分水蒸气凝为水，释放出大量汽化潜热。这些潜热以风的形式出现，高风速导致低气压（伯努利原理），低气压导致令蒸发增加，继而使更多的水汽冷凝。大部分释放出的热量驱动上升气流，使风暴云层的高度上升，进一步加快冷凝。这是一个自我驱动的过程，使得飓风越来越强，范围可达几百公里，相当于一个强力吸热器。如果海面水不够热，热水量不够多，就无法维持下去。飓风移动过程中，由于不停从海水吸热，所经过的海面温度普遍下降。当飓风进入陆地，没有供热源了，飓风就慢慢消散。当然消散前，前面积攒的能量就以破坏的形式出现。

陆地上类似的形式是龙卷风，当然规模不能和飓风相提并论。也是由大尺度（比海中小的多，不到百米）的上升气流引发，多数旋转方向和飓风相同。由于尺度相对科里奥利力有效作用的范围小，因此有可能出现反方向旋转的情况。另外缺乏热补充，持续时间短，移动距离几公里到几十公里之间。

思考：

1我们做饭时，蒸煮常用温度就是100c。炒菜温度超过250c，烧烤温度超过500c。那么低温能不能做熟饭呢？比如60c炒菜，50c煮饭。

2潜水艇发射导弹时，一直加热导弹井底部的水，待其全部变成水蒸气后，继续加热，压力越来越大。最后导弹被弹出发射井，冲出水面，再进行点火。类似情况，鱼、雷发射，航空母舰上的舰载飞机弹射，都用水蒸气进行。那么航天飞机发射时，发射口下面也有大量水，发射时也是滚滚水蒸气大量涌出，这个是起什么作用呢？*

3使用热水时，不小心会将少量热水倒在皮肤上，很快皮肤会变红。但是如果不小心让蒸汽喷在皮肤上，很容易起大水泡。

4冬天找一大块冰，找一截细铁丝，把铁丝挂在冰上，两端拴一个重物，比如哑铃，观察铁丝情况。铁丝能一直挂在冰块上吗？

5永久冻土，是温度常年低于0c，土内部的水分完全以冰的形式存在，分布在高寒地带。在中国，一般冻土上方覆盖着数米到数十米厚不等的正常土壤。冻土可以保持水分，上方土壤的水受冻土阻隔无法渗透流走，

（本章未完，请翻页）地下水位较高，容易形成湿地和草甸。气候变暖，冻土消失，地下水位下降，上层土壤无法保持水分，湿地草甸逐渐荒漠化。在青藏高原、大兴安岭，易见这样场景。若大范围冻土消失，表面地形会有什么变化？

6家用空调，都安装在房间接近顶部的位置。暖气片，都安装在窗户下方。为什么？

7夏日午后，经常可以观察到小旋风。在地面的某个区域，突然出现一股旋风，刮起少量尘土。尘土在风中的移动显示出旋风的旋转和路径。那么此刻旋风的旋转方向是由什么决定的？仔细观察起旋风的初始区域，和其他区域有什么区别？

8滑翔机，没有动力，在空中滑翔。按道理应该是高度越来越低。但实际上一个经验丰富的飞行员，可以维持高度不降，甚至越来越高，他是怎么做到的？*

9有时候，龙卷风经过河面或湖面，会吸走大量水，甚至携带一些鱼类和两栖动物。导致另外一个区域下起了动物雨。那么会不会把动物带到一个生活环境截然不同的地区？

10在正常情况下，0c水开始结冰。若水非常纯净，没有任何杂质，则到-70c，水也不会结冰，称为过冷水，如右图。水管喷出过冷水，在接触杂质后，瞬间结冰。夏天有时候会有冰雹。这是在高空中存在强烈的对流气流，小水滴在气流作用无法降落，融合成为大水滴才降落下来。当气温低于0c，凝为冰粒，下落过程中受气流影响，可能再次上升，多次聚集水滴，逐渐增大。当个头增加到气流无法维持时，降落下来，成为冰雹。冰雹形成中，影响体积大小的因素是什么？

11在海战中，当某艘船即将沉没，周围的船员都赶紧离开船附近水域，为什么？

12在影视节目中，子弹射入水中，我们看到一条条气泡形成的轨迹，这个轨迹就是子弹经过的路径。但气泡却又慢慢消失了，并没有上升到水面上。结合前面第四节最后部分的内容，解释气泡形成的原因。*

13海水的热量来自太阳，在不同纬度，太阳提供的能量不同，平均意义上赤道区域是最强的。由于洋流在赤道附近是自东往西流，那么这些洋流就持续被太阳加热，温度缓慢增加，大约每移动经度一度，增加01c，在洋流向两极方向移动时，向周围环境散热，每移动纬度一度，大约降低03c当洋流进入高纬度区域自西往东流时，由于周围环境温度低，此时洋流依然保持降温，幅度也是每经度01c。同理洋流自极地向赤道移动时，洋流从周围环境吸热，温度保持每纬度03c的增幅。由此可以断定，飓风易形成于大洋的西部区域。

在温度不同的2个物体之间，就产生热量传递。热量传递有3种形式。

1对流，发生在相同类型的流体内部。比如空气对流，水对流。热流上升，寒流下降，互通有无，最后温度一致，结束热量传递。大气有对流层，海洋有洋流、环流，专门进行热量重新分配，造成了地球多样的气候环境。热量分配同时带来了水的分配，把海洋中的水运输到陆地上，完成了生命进驻陆地的先决条件。

2传导，发生相互接触的对象之间，同时不满足对流条件。固体之间、固体和流体之间都以传导的方式进行热量传递。热水澡可以让一个冻萎靡的人恢复活力。因纽特人也是这种散热方式。不同物体热传导的性能不同，金属一般都比较好。陶瓷、皮革相对差。热传导性能最好的是银，是铁的9倍。铝也不错，是铁的44倍。银做炊具，价格有些高昂，普通人用不起。不过用银作碗、盘子有个好处，可以杀死部分菌。铁，虽然传导性能不是最好，但胜在价格便宜量又足，所以我们做饭的锅多数都采用铁。铝轻又传热快，为什么不采用铝呢？铝表面有一层氧化膜，可以防止铝进一步氧化，阻止人体摄入铝。但刷锅的时候用铁刷子刮擦，烹饪时一些酸性物质都很容易破坏膜。所以炒菜锅基本用铁锅。高压锅一般炖烧煮，用铝制造重量轻，便于使用，同时不易破坏表面的氧化膜。人体需要很多金属，但铝不在其中，所以尽量少摄入铝。

3辐射，发生在不接触的对象之间。比如太阳通过辐射，给地球带来大量热。空气对流时，热空气进入高空，通过辐射的方式把热量散发到太空。并且所有物体，只要温度不是-27315c，就向外辐射，区别只是辐射量的大小。辐射和对流是宇宙中最可行的热方式，比如太阳表面和内部采用对流方式，对外采用辐射方式。传导很少，因为宇宙中绝大多数可察觉物质都是流体形式存在。

通常情况下，热传递都是多种形式共同作用。烧开水，热源和壶之间是传导和辐射，壶和水之间是传导，水之间是对流。冬天烤火，是辐射和对流。烧烤，是辐射和传导。

热量产生有多种方式：燃烧、核反应、压缩、摩擦。通常我们做饭，使用天然气、液化气、煤炭、木柴、秸秆等等，燃烧产生大量热来进行。燃烧有温和的方式和猛烈的方式。像汽车发动机（烧油）、蒸汽机（烧煤炭）、做饭等类型的燃烧，是猛烈方式，燃料（被燃烧的材料）燃烧速度快，伴随着光、声等效果，产生出大量热。温和的方式就比如我们的身体。我们每天摄入一定量的食物，这些食物经过消化后变成身体组织可以处理的物质，在体会燃烧。产生的能量一部分用来维持我们的体温，保障我们的行动能力，另外一部分储存在细胞内。若这些物质消耗不完，多余的就以脂肪的形式存储下来，身体就慢慢发胖。所有动植物内部都是温和燃烧方式。现在航天飞机内部用的电池，很多都是燃料电池，通过燃烧氢气来产生电流，这种燃烧也是温和方式。太阳及其他恒星，都是通过核反应产生热，这是宇宙的普遍现象，燃烧是罕见现象。而在地球上，燃烧随时都在进行，而核反应发生在核电站、核试验、核攻击、核动力罕见等场所。和宇宙普遍情况截然相反，如同目前所知生命仅在地球上出现一样！一般情况下，固体和液体很难压缩，气体很容易压缩。自行车打气筒、握力橡胶圈，在多次使用后，都能感受到压缩产生的热。装甲车的实心轮胎，行驶时各部分都被循环压缩，长时间行驶后变得滚烫。摩擦产生热，是生活中普遍现象。最早的应用就是钻木取火，这种史前生火方式现在看起来虽然不便，却是人类从被动引火到主动生火的一个转变（因纽特人的传统生火方法就是钻木取火）。多数情况下，摩擦产生的热量虽然不多，但是带来很多麻烦。从工业革命开始，润滑油的广泛需求就是为了减小摩擦。

思考：

1自然中的空气和水的对流广泛存在，户内主要是强制对流。厨房的抽油烟机、大厅的排风扇、楼房的中央空调，这些强制对流都要消耗电力。但自然对流可以用来发电，了解目前新能源状况，列举有哪些自然对流发电方式？

2去参加宴席，通常凉盘和热菜都有。观察碗、盘子，多数都用陶瓷材料。更早时期，木制餐具也曾广泛使用，为什么？另外古罗马时期，铅制餐具广泛使用，造成铅中毒情况很普遍。

3夜视仪（红外线成像仪），在晚上无可见光线时，可以观察周围环境情况，为什么可以呢？

4保温瓶保温，密闭性隔绝了热对流可能，软木塞和玻璃瓶胆内的近似真空降低了热传导，瓶胆内膜镀银（镁），阻隔了热辐射。在保温瓶里面灌半瓶沸水，如果立即塞上软木塞，很快软木塞会飞出来。如果等一会再塞上。时间长了，软木塞不容易取出。为什么？

5城市里面有大量热产生。工厂的烟筒、汽车的尾气、空调的排气口、厨房的灶台、我们的呼气，都贡献着热。城市内植被少，水泥建筑多，空气中废物多，太阳辐射更容易蓄积。最终造成整个城市空气平均温度比郊区高。这个称之为热岛。乡村里面也有类似效果，不过热岛小很多。什么情况下热岛效应更大？什么情况下热岛效应变小呢？

6有煤有丰富水资源的地方，经常有火电厂。其标志性建筑是冷却塔，侧面呈弧形，顶上是热气腾腾的模样。直接让这些热水冷却，浪费很大。在北方，冬天可以使用这些热水供暖。另外，热水可以用来增温，养殖热带鱼类，比如罗非鱼。这是一种性价比非常高的鱼类。

7不同的食物燃烧的热量差别很大，把固定重量的某物质燃烧产生的热量称为热值。通常食物中热值最大的是奶油，和无烟煤的热值差不多。花生的热值也很高，虽然比不上酒精，比松木高。白糖也不错，比松木稍差。令人意外的是瘦肉的热值很低，和大米饭差不多，大约是松木的四分之一。炒鸡蛋比煮鸡蛋热值高30%。可发现油脂含量高或油炸的食物，热值高。食物的热值高不等于营养高。并且食物热量太高，超出人体需求太多，身体就发胖。虽然人体维持体温和活动都需要热量，而人体本身的运转却需要其他类型的物质。营养丰富是指产生热量的物质、代谢必须的物质、保持防护能力的物质都有的食物，通常某一类食物营养不全，偏爱某种食物的话对身体可能不利，所以要搭配吃。粗加工的米面（热量、维生素）、蔬菜（纤维素、维生素）、肉类（动物蛋白）、水果（维生素、微量元素）、豆类（植物蛋白、耐久性淀粉）混合，并且肥瘦肉都吃。当食物类型单一时，会形成特定的饮食习惯。因纽特人很难获取植物型食物（蔬菜），无法以这种方式补充维生素。但他们吃的肉食热加工程度很低，内部的维生素并没有破坏，所以安然无恙。西方人吃的牛排经常是5分熟，或3分熟，带着血丝吃，可能也有这方面的习惯因素。

8冬天双手冰凉，用力互相搓，一会手热起来。是摩擦生热的结果吗？

9长途客车，尤其是在山路上运营的，在车里一般有个大水桶，持续向刹车片滴灌。为什么要这样做？

10在户外探险时，携带一张金属膜热量反射布是很有必要的。当衣服湿透失去保暖效果，需保温时，这张轻便的热量反射衣可以有效防止体温快速下降。

（本章完）

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