왜 팬은 추운 방에서 우리를 따뜻하게하는 대신 더 차갑게 느끼게 만들까요? [복제]
차갑고 닫힌 방에 머물면서 자신을 향한 팬을 켜면 더 따뜻하지 않고 더 차가워집니다. 왜?
열의 정의는 다음과 같습니다.
물질은 고체, 액체 및 기체와 같은 다양한 물리적 형태로 존재합니다. 모든 물질은 원자, 분자 및 이온이라는 작은 입자로 구성됩니다. 이 작은 입자들은 항상 움직입니다. 서로 부딪 치거나 앞뒤로 진동합니다. 모든 물질에 존재하는 열 (또는 열) 에너지라는 형태의 에너지를 생성하는 입자의 운동입니다 ...
팬을 켜기 전에 공기 분자는 상대적으로 고요하고 많이 움직이지 않습니다. 팬을 켠 후에는 훨씬 빠르게 움직이기 때문에 입자의 움직임이 더 많아지고 열이 발생해야합니다. 그런데 팬 앞에 서있을 때 몸과 피부에 열이 느껴지지 않는 이유는 무엇입니까? (적어도 내 경험으로는)
답변
우선, 그것은 열의 정의가 아닙니다. 열은 오로지 온도 차이로 인한 에너지 전달입니다. 게시물에 설명 된 것은 내부 에너지 (미시적 수준의 운동 및 위치 에너지)의 정의와 비슷합니다.
팬이 켜진 상태에서 차가워지는 이유는 공기가 피부 위로 이동하면 대류 열 전달 계수를 높여 피부에서 열 전달 속도가 증가하기 때문입니다. 관련 방정식은 뉴턴의 냉각 법칙입니다.
$$\dot Q=hA(T_{s}-T_{∞})$$
어디 $\dot Q$ 열전달율, $T_s$ 피부 온도, $T_∞$ 피부에서 멀리 떨어진 공기의 벌크 공기 온도, $A$ 피부의 단면적이며 $h$대류 열전달 계수입니다. 공기가 빨리 움직일수록$h$다른 모든 것들이 동등하다는 것입니다. 실제로 공기의 움직임은 피부에 가까운 공기가 열을 제거하도록하여 피부에서 공기로의 열 전달 효율을 증가시킵니다.
"바람의 냉기 요인"에 대해 들어 보셨을 것입니다. 동일한 공기 온도에서 바람은 피부의 열 손실을 증가시켜 바람이 없을 때보 다 공기가 차갑게 느껴집니다.
답을 주셔서 감사합니다. 확실히 도움이되는 질문입니다. 팬 움직임으로 인한 공기 분자의 움직임은 너무 작고 무시할 수 있고 팬이 충분히 빠르게 회전하지 않기 때문에 무시합니까? 아니면 차가운 방에서 공기를 움직이는 팬은 팬의 속도에 관계없이 미세한 수준에서도 열을 발생시키지 않습니다.
팬은 "열을 생성"하지 않습니다. 열은 온도 차이로 인한 에너지 전달입니다. 팬이 공기 분자의 속도를 증가시키기 때문에 팬이 공기 분자의 온도를 높일 수 있는지 정말로 묻고있는 것 같습니다. 공기의 온도는 공기 분자의 평균 병진 운동 에너지의 척도이기 때문에 팬이 공기 분자를 "교반"하여 공기의 온도를 약간 증가시킬 수 있지만 측정 할 수는 없습니다. 그러나 모터가 작동 중일 때 뜨거워지는 팬 모터 코일은 아마도 공기 온도에 더 큰 영향을 미칠 것입니다.
도움이 되었기를 바랍니다.
피부 근처의 고요한 공기는 팬이 피부에 닿는 공기보다 습도가 높습니다. 건조한 공기는 피부의 수분 증발을 촉진합니다. 당신의 몸은이 증발을 위해 잠열을 제공하므로 식혀집니다.
Bob D의 답변을 읽은 후 대류와 증발로 인한 열 전달 증가가 모두 중요하다고 말하고 싶습니다. 증발을 고려하기 위해 Bob D의 공식에서 열전달 계수를 증가 시키면 두 가지 효과를 모두 고려할 수 있습니다. (기술적으로 정확하게 말하면 증발은 실제 열 전달이 아니라 신체에서 공기로의 물질 전달이지만 그 효과는 열 전달 계수에 집중 될 수 있습니다. 예를 들어 고전적인 McAdams 열 전달 교과서를 참조하십시오.)
(지금까지) 두 가지 위대한 답변 외에도 우리가 열 / 따뜻한 것으로 인식 하는 것은 공기 분자의 무작위 움직임으로 인한 가장 일반적인 상황에서 발생합니다 .
공기 분자의 증가 된 운동 에너지 (팬에 의해 유발 됨)가 피부에 더 많은 에너지를 전달하여 체감 온도를 높여야한다고 생각하는 것이 옳습니다. Carl Berger가 언급했듯이 이것은 기본적으로 우주선이 지구 대기로 다시 들어가는 것과 같은 과정입니다. 두 경우 모두 물체 / 관찰자와 공기 입자 사이에 상대 운동이 있습니다.
그러나 John Darby가 설명했듯이 균일 한 입자 흐름 (예 : 팬 또는 바람에 의해 발생)은 냉각 효과를 유발하여 감지 된 온도를 냉각시킵니다.
입자가 무작위로 이동하면 (바람이없는 "정상"공기에서와 같이) 개별 분자의 무작위 이동 (대략)이 상쇄되고 바람 냉각 효과를 일으키지 않습니다. 그러나 여전히 에너지를 피부로 전달하므로 움직임이 증가하면 체온이 더 높아집니다.
요약하면, 증가 된 균일 한 움직임 입자 는 피부에 더 많은 에너지를 전달하지만 그로 인한 쿨링 효과가 더 강하기 때문에 전체적으로 체감 온도가 떨어지는 것을 느낍니다. 바람이 없으면 (무작위 입자 이동) 냉각 효과가 발생하지 않습니다. 즉, 입자 이동이 높을수록인지 온도가 높아집니다.
다른 사람들은 놀라운 대답을했습니다. 하지만 여기서 한 가지 더 요점이 필요하다고 생각합니다.
바람이 불면 젖은 천이 왜 마르지 않습니까?
실제로 우리가 물로 채워진 닫힌 비커 절반을 가져다가 위쪽 절반을 진공 상태로두면 때때로 위쪽 절반이 진공이 아닙니다. 이는 물 속의 일부 고 에너지 분자가 결합의 영향을 차단하고 진공 영역을 채우기 때문입니다.
시간이 좀 더 지나면 하반부에 남은 물의 양이 고정됩니다. 그래서 우리는 액체 물이 증기 상태와 평형을 이루고 있다고 말합니다.
이제 질문으로 돌아와서 팬이 꺼 졌을 때 피부 근처의 공기가 피부와 거의 평형을 이루었지만 팬을 켰을 때 불균형 상황이 발생하여 압력이 감소하여 액체가 더 많이 들어갑니다. 안정을 위해 피부에서 나오고 증발함으로써 에너지를 빼앗아 시원함을 느낍니다.
그것이 도움이되기를 바랍니다.