你知道嗎？蒸發(fā)致冷竟藏在這些日常里

在我們的日常生活與科學(xué)探索中，熱現(xiàn)象無(wú)處不在。從廚房里水的沸騰，到夏日里扇子帶來(lái)的絲絲涼意，背后都隱藏著有趣的物理原理。今天，讓我們深入探究?jī)蓚€(gè)看似簡(jiǎn)單卻暗藏玄機(jī)的問(wèn)題，以及與之緊密相關(guān)的蒸發(fā)致冷現(xiàn)象。

一、小容器里的水會(huì)沸騰嗎？

想象一下，在一個(gè)敞口的大容器中盛著水，里面又放置了一個(gè)敞口的小容器，小容器不與大容器接觸，此時(shí)用大火不斷加熱大容器底部，小容器里的水會(huì)沸騰嗎？

或許很多人會(huì)不假思索地回答：當(dāng)然會(huì)！大容器中的水先沸騰，隨后會(huì)將熱量傳遞給小容器中的水，小容器中的水自然會(huì)升溫沸騰。然而，正確答案卻令人意想不到：小容器中的水不會(huì)沸騰。

這背后的原因是什么呢？當(dāng)大容器中的水達(dá)到沸騰狀態(tài)時(shí)，水在內(nèi)部與表面劇烈汽化。以 1 以大氣壓下的純水為例，其沸點(diǎn)是 100℃。此后無(wú)論怎樣繼續(xù)加熱，大容器中的水都不會(huì)升高到 100℃以上。這是因?yàn)橐徊糠炙兂伤魵鈺r(shí)，會(huì)不斷帶走余下的水的熱量，使得水始終保持在沸點(diǎn)。1 千克 100℃的水蒸氣帶走的熱量高達(dá) 2.26×10?焦，這個(gè)數(shù)值被稱為水在這種條件下的 “汽化熱”。由于大容器中的水始終維持在 100℃，小容器中的水通過(guò)熱傳導(dǎo)也只能保持在 100℃。而水要沸騰，除了達(dá)到沸點(diǎn)，還需要額外的 “汽化熱”，小容器中的水無(wú)法獲取這部分熱量，所以不會(huì)沸騰。

這一現(xiàn)象讓我們看到，熱量傳遞并非簡(jiǎn)單地從高溫物體流向低溫物體就能達(dá)成所有熱現(xiàn)象，其中涉及到的相變以及能量的特殊轉(zhuǎn)化形式，遠(yuǎn)比我們想象的復(fù)雜。這也提醒我們，在分析熱學(xué)問(wèn)題時(shí)，不能只看表面的溫度變化，還要深入探究物質(zhì)狀態(tài)變化所伴隨的能量變化。

二、酷熱時(shí)扇扇子為何能讓人感覺(jué)涼爽？

在酷熱難耐的夏日，扇子成了人們消暑的好幫手。但能讓人感覺(jué)涼爽的，真的是扇子扇來(lái)的涼風(fēng)嗎？實(shí)際上，人體附近的空氣在酷熱時(shí)都是溫度相同的熱空氣，無(wú)論是扇子、電風(fēng)扇吹出的，還是迎面吹來(lái)的風(fēng)，本質(zhì)上都是熱空氣。那為何扇扇子時(shí)人會(huì)感覺(jué)涼爽呢？

主要原因在于，快速吹來(lái)的熱風(fēng)加速了汗液的蒸發(fā)。這里蘊(yùn)含著一個(gè)重要的物理學(xué)原理：快速流動(dòng)的風(fēng)會(huì)加快物體表面的液體蒸發(fā)，從而加強(qiáng)蒸發(fā)致冷的效果。在酷熱環(huán)境中，汗液本身就會(huì)蒸發(fā)，但速度較為緩慢。而扇子扇動(dòng)帶來(lái)的熱風(fēng)，讓汗液蒸發(fā)速度大幅提升，使得蒸發(fā)致冷效果更強(qiáng)，能夠帶走更多皮膚表面的熱量，進(jìn)而讓人感覺(jué)涼爽。

這一現(xiàn)象讓我們認(rèn)識(shí)到，風(fēng)在熱傳遞過(guò)程中扮演著獨(dú)特的角色。它并非帶來(lái)了更低溫度的空氣，而是通過(guò)影響液體蒸發(fā)的速率，改變了人體與周圍環(huán)境的熱交換方式。這也從側(cè)面反映出，在研究熱現(xiàn)象時(shí)，空氣流動(dòng)這一因素對(duì)物體表面狀態(tài)及熱量傳遞有著不可忽視的作用。

三、無(wú)處不在的蒸發(fā)致冷

（一）生活中的蒸發(fā)致冷

在很久以前，沒(méi)有電風(fēng)扇的理發(fā)店里，小師傅通過(guò)拉繩子回收放，帶動(dòng)掛在天花板上垂下的、用多張報(bào)紙糊起來(lái)的 “土風(fēng)扇”。這種長(zhǎng)寬各有幾十厘米的 “土風(fēng)扇” 在顧客頭上來(lái)回晃蕩產(chǎn)生風(fēng)，讓顧客感覺(jué)涼爽，這便是蒸發(fā)致冷在生活中的簡(jiǎn)單應(yīng)用。除了報(bào)紙糊制的，還有用篾條編織成的 “篾板” 來(lái)代替報(bào)紙制作 “土風(fēng)扇”。

在沒(méi)有電或用電未普及的時(shí)代，我們的先人還有許多降溫妙招，“土冰箱” 便是其中之一。夏天，食物容易腐敗變質(zhì)，比如切開(kāi)的西瓜。將西瓜放在冷水盆內(nèi)，并在西瓜切口表面蓋上一條干凈的毛巾，這便是巧妙地利用了蒸發(fā)致冷。冷水會(huì)因毛細(xì)現(xiàn)象沿著毛巾連續(xù)不斷上升到蓋著西瓜的部位，隨后蒸發(fā)致冷，在西瓜周圍營(yíng)造出較冷的 “小氣候”，溫度可降低 3℃左右，從而實(shí)現(xiàn)保鮮。在停電的日子里，“土冰箱” 能發(fā)揮救急的作用，不過(guò)要放置在通風(fēng)且不被陽(yáng)光直曬的相對(duì)涼爽的窗臺(tái)等處。

世界上許多國(guó)家都有類似 “土冰箱” 的裝置。在西班牙，有一種名為 “阿里卡拉查” 的燒制黏土瓶；在埃及，叫 “戈烏拉”，這是一種裝有冷水，冷水能透過(guò)黏土瓶壁慢慢滲透到瓶外的容器。當(dāng)冷水滲透到瓶外壁時(shí)，蒸發(fā)致冷降低了瓶?jī)?nèi)冷水的溫度。

當(dāng)我們把水（酒精或乙醚）抹在額頭上，會(huì)立刻感到?jīng)鏊?。在病人發(fā)高燒時(shí)，醫(yī)生會(huì)在病人手心、額頭、腳心等處抹酒精，采用物理降溫法緊急降溫，這同樣是利用了蒸發(fā)致冷。

無(wú)論是春夏秋冬，即使在比體溫稍低一點(diǎn)的水中游泳，我們也不覺(jué)得很冷。但游完上岸，若沒(méi)有馬上擦干身上的水，就會(huì)覺(jué)得比較冷甚至特別冷，這還是蒸發(fā)致冷在起作用。

干濕泡濕度計(jì)（如今大多被電子濕度計(jì)取代）的工作原理也是蒸發(fā)致冷。濕泡溫度計(jì)指示的溫度總是比全部暴露在空氣中的干泡溫度計(jì)指示的溫度低。這是因?yàn)橛捎诿?xì)現(xiàn)象，水不斷沿紗布上升到濕泡表面，最后蒸發(fā)致冷。通過(guò)兩者的溫度之差，就能在儀器背后的對(duì)照表中查出對(duì)應(yīng)溫度差下的濕度。如果沒(méi)有這種儀器，想要觀察蒸發(fā)致冷的效果，有個(gè)簡(jiǎn)單方法：把水（酒精或乙醚）抹在一支酒精溫度計(jì)（不能用體溫表）下端的酒精球處，再對(duì)著酒精球吹氣或扇風(fēng)，溫度計(jì)指示的溫度會(huì)明顯下降。

（二）環(huán)境與氣候中的蒸發(fā)致冷

傳統(tǒng) “三大火爐” 重慶、武漢和南京沿長(zhǎng)江分布，它們之所以被稱為 “火爐”，并非因?yàn)闅鉁靥貏e高，比如武漢七月的平均最高氣溫 33℃，僅比濟(jì)南高出 0.4℃，而是由于濕度特別大。對(duì)于同一種液體而言，濕度是影響液體總體蒸發(fā)速度的四大因素之一，另外三大因素是溫度、空氣的流動(dòng)速度與表面積。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)空氣的相對(duì)濕度為零時(shí)，氣溫要高于 35℃，人們才有熱感；而當(dāng)空氣的相對(duì)濕度為 80% 時(shí)，28 - 29℃時(shí)人們就感覺(jué)悶熱了。在濕度大的環(huán)境中，不利于汗液快速蒸發(fā)，蒸發(fā)致冷的效果不明顯，人體難以通過(guò)汗液蒸發(fā)有效散熱，所以會(huì)感覺(jué)格外炎熱。

如果來(lái)到云貴高原或四川的西昌一帶，會(huì)發(fā)現(xiàn)酷暑時(shí)樹(shù)蔭下比陽(yáng)光直曬處涼快得多。次要原因是樹(shù)木遮蔭讓地面免受陽(yáng)光直曬，主要原因則是這些地區(qū)濕度較小，樹(shù)木會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的蒸騰，從而造成劇烈的蒸發(fā)致冷，帶走了大量的熱量。這體現(xiàn)了蒸發(fā)致冷在調(diào)節(jié)局部氣候、改善環(huán)境舒適度方面的重要作用。

（三）科技與工業(yè)中的蒸發(fā)致冷

空調(diào)與電冰箱等制冷設(shè)備的原理，也是蒸發(fā)致冷。它們通過(guò)特殊的工作循環(huán)，讓制冷劑在不同狀態(tài)下發(fā)生蒸發(fā)和冷凝，利用蒸發(fā)過(guò)程中吸收熱量的特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)或冰箱內(nèi)部空間的降溫。

宇宙飛船返回地面時(shí)，由于與稠密大氣層高速摩擦，會(huì)產(chǎn)生上千攝氏度的高溫，這對(duì)航天員的生命安全構(gòu)成極大威脅。所以，必須對(duì)返回艙降溫，降溫的三種主要方法之一就是蒸發(fā)致冷。用高分子材料做飛船的蒙皮，讓它的表面在高溫時(shí)熔化之后蒸發(fā)，或升華、分解而汽化，帶走大量的熱，從而保護(hù)返回艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)和航天員安全。這顯示出蒸發(fā)致冷在高科技領(lǐng)域，尤其是航天工程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，保障了人類探索宇宙的征程。

（四）農(nóng)業(yè)中的蒸發(fā)致冷

蒸發(fā)致冷在農(nóng)業(yè)中也有重要應(yīng)用實(shí)例，比如噴灌。夏日進(jìn)行噴灌，不僅能直接連續(xù)通過(guò)熱傳導(dǎo)降低地表和植物的溫度，還能讓植物葉片持續(xù)得到水滴。這些水滴蒸發(fā)致冷后有利于植物的降溫，幫助植物抵御酷暑，確保農(nóng)作物在炎熱天氣下能夠正常生長(zhǎng)發(fā)育，提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量。

（五）特殊場(chǎng)景中的蒸發(fā)致冷

阿拉伯人穿著能遮住全身的寬松長(zhǎng)袍，在空氣溫度高于 40℃的沙漠中氣定神閑地行走。其中的奧秘之一在于，長(zhǎng)袍形成的 “煙囪效應(yīng)” 加快了空氣的流動(dòng)，讓汗液更快地蒸發(fā)致冷，從而給他們帶來(lái)難以置信的涼爽之感。這展示了人類在適應(yīng)極端環(huán)境過(guò)程中，巧妙利用物理原理改善自身舒適度的智慧。

俄羅斯的圣彼得堡和莫斯科冬天的平均氣溫相差不大，但人們總感覺(jué)圣彼得堡比莫斯科冷。原來(lái)，莫斯科的平均風(fēng)速僅 4.5 米 / 秒，而圣彼得堡平均風(fēng)速達(dá) 6 米 / 秒。較高的風(fēng)速使面部汗液有更強(qiáng)的蒸發(fā)致冷效果，這也是兩地體感溫度不同的重要原因。這表明在寒冷環(huán)境中，蒸發(fā)致冷同樣會(huì)對(duì)人體的冷熱感知產(chǎn)生影響，風(fēng)速作為影響蒸發(fā)的重要因素，不可忽視。

四、你要注意的蒸發(fā)致冷

雖然蒸發(fā)致冷在各個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，但應(yīng)用時(shí)必須得當(dāng)，否則會(huì)產(chǎn)生不良后果。

發(fā)燒時(shí)用液體（例如酒精、乙醚等）進(jìn)行物理降溫，一定要在醫(yī)生的指導(dǎo)下進(jìn)行。用何種液體降溫、在人體的哪個(gè)部位降溫、降到哪個(gè)溫度為止等，都需要嚴(yán)格遵循醫(yī)囑，切莫想當(dāng)然自作主張，特別是對(duì)于老弱病者與嬰幼兒，他們的身體機(jī)能相對(duì)較弱，不正確的物理降溫方式可能會(huì)對(duì)身體造成傷害。

吹空調(diào)易感冒，除了室內(nèi)外溫差大人體不能適應(yīng)之外，還有一個(gè)重要原因。人在大汗淋漓之時(shí)走進(jìn)空調(diào)房，面對(duì)空調(diào)冷風(fēng)感受 “爽” 的瞬間，殊不知急劇的冷風(fēng)不但通過(guò)熱傳導(dǎo)直接給身體降溫，而且更厲害的是，汗液急速蒸發(fā)致冷帶走了大量熱量，可能導(dǎo)致 “閉汗”，進(jìn)而引發(fā)感冒。應(yīng)對(duì)的方法是，不要把空調(diào)溫度開(kāi)得過(guò)低，一般 25℃上下較為適宜，并且要擦干汗液后再進(jìn)入空調(diào)房。

游泳或洗澡后易感冒，這是不少人的 “習(xí)慣病”。原因在于他們?cè)诮Y(jié)束后沒(méi)有立即擦干身體，皮膚上殘留的水蒸發(fā)致冷，使皮膚表面的溫度驟然下降，身體無(wú)法適應(yīng)。應(yīng)對(duì)之策是，泳浴之后立即反復(fù)擦干全身的水，并馬上穿好衣服。

在游泳池中泡一兩個(gè)小時(shí)，一般不會(huì)因?yàn)榘l(fā)涼而感冒，但被大雨淋濕之后，如果不及時(shí)換上干衣，就很容易感冒。這是因?yàn)樯砩系挠晁罅空舭l(fā)時(shí)，由于蒸發(fā)致冷使人著涼感冒。所以，被大雨淋濕之后，應(yīng)立即脫下濕衣并擦干身體，及時(shí)換上干衣。

穿上不透氣或透氣不良的鞋襪，不僅腳容易處于特別潮濕的 “小氣候”（由汗液蒸發(fā)引起）中，從而患上腳氣，而且腳會(huì)感覺(jué)特別悶熱。腳特別悶熱的原因主要有兩個(gè)：一般的鞋都是熱的不良導(dǎo)體，難以通過(guò)熱傳導(dǎo)的方式傳遞出鞋中產(chǎn)生的大量熱量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)降溫；腳分泌的汗液難以蒸發(fā)，也就難以發(fā)揮蒸發(fā)致冷的作用。因此，特別是在夏天，應(yīng)穿透氣好的鞋。

蒸發(fā)致冷這一物理現(xiàn)象，既為我們的生活帶來(lái)諸多便利，在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、科技等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用，同時(shí)也需要我們謹(jǐn)慎對(duì)待，合理應(yīng)用。只有深入了解它的原理、應(yīng)用場(chǎng)景以及注意事項(xiàng)，才能更好地利用這一自然現(xiàn)象，為人類的生產(chǎn)生活服務(wù)，同時(shí)避免因不當(dāng)使用而帶來(lái)的不良影響。在未來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，相信我們對(duì)蒸發(fā)致冷的研究和應(yīng)用會(huì)更加深入和廣泛，它將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特的價(jià)值，為人類創(chuàng)造更加舒適、便捷、安全的生活和工作環(huán)境。