温度其实是力学中的一个载荷 , 我们叫它温度载荷 , 主要是热胀冷缩引起结构内部应力的变化 。我也曾写过多篇关于热应力的文章 , 有兴趣的可以检索一下 。所以 , 我对也有自己的答案 。中 , 水和油虽然都是100摄氏度 , 但是由于对流换热系数的不同 , 单位时间内传递的热量有差异 。单位时间内 , 传递热量多的 , 人体会更快的感觉到烫 。那么 , 到底是水还是油呢?
1、温度是什么?
发现一个奇怪的问题 , 尽管解答的人较多 , 但是都没有明确给出温度到底是什么 , 可能是觉得温度太基础了 。但是 , 如果不知道温度是什么 , 那么可能无法继续下面的热量传递 。
【100度的水烫还是100度的油烫?为什么呢】要知道 , 温度其实是我们人为定义出来的 。早期的时候 , 人们觉得温度高的烫人 , 温度低的冻人 。科学家为了衡量 , 就定义了一个温度标准 。沸水对应的温度是100℃ , 冰水混合物对应的温度是0℃ , 这是摄氏温标的定义 。一年四季的温度变化 , 是我们最直观的感受 , 如下图 。
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上图中 , 出现了另一个温标 , 华氏温标℉ , 这也是一个较为常见的温标 , 主要是美国人在用 。此外 , 在学术上 , 著名的温标是开尔文温标 , 也叫热力学温标K 。除了这些温标外 , 还有其他很多的温标 , 如下图 , 它们之间都有转换关系 。
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说到开尔文温标 , 这里不得不要提一下 , 绝对零度就是K=0对应的温度 。实际上 , 这个绝对零度一直是神一般的存在 , 只可仰望 , 无法企及 。我曾经在某大佬关于绝对温度的问答跟了一贴 , 说的是“如何测量绝对温度?”结果引来一堆人攻击 。事实是 , 既然无法实现 , 当然也就无从测量了 。
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回到正题 , 绝对零度其实是物体内部粒子静止时候表现出来的温度 。宏观上 , 物体可以静止、可以运动 。在微观上 , 组成物体的粒子始终处于运动的状态(上图) , 有运动就有能量 。宏观角度来说 , 粒子运动表现出来的能量 , 就是物体的内能 。内能的一个衡量 , 就是温度 。所以 , 温度宏观上表示物体的冷热程度 , 微观上表示物体内部分子热运动的剧烈程度 。
2、传递热量的时间如何衡量?
既然温度是衡量物体内部分子热运动的 , 那么只要温度相同 , 不同物体内部的分子热运动应该都是接近的 。我们如果用仪器来测量题主所说的100℃的水和油 , 得到的温度显然都是100℃ 。但是 , 如果你细心 , 且用的温度计是基于热传导原理 , 那么你应该会发现温度计升温的速度不一样 。也就是说 , 不同的材料(液体) , 热量的传递是不一样的 。
前几天 , 我刚计算过沸水煮密封玻璃瓶 , 里面用到了一个物理参数 , 沸水的对流换热系数是2500w/m2k , 这个数据表示单位面积内 , 温度变化1K所传递的热量 。而空气的对流换热系数约8w/m2k , 非常小的一个数据 。这也就意味着 , 同样的100℃ , 水和空气中的物体 , 升温的快慢会有显著的差别 。对流换热系数越高 , 代表着热量的传递速度越快 。这个系数与温度和流速密切相关 , 也不是一个正比的关系 , 如下图 。
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100℃的时候 , 油还没有开始沸腾 。通过查阅资料 , 油类的对流换热系数在50-1500之间 , 远低于水的对流换热系数 。这也就意味着 , 同样的物体浸入100℃的水和油中 , 在水中的物体温度上升更快 。
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人体感觉到烫 , 就是由于热量传递到人体后 , 单位面积内的热量超过了人体承受的范围 , 人体局部温度过高 。相同的情况下 , 在100℃的水中的人体 , 温度上升更快 , 热量传递更快 , 所以更早会感觉到疼痛 , 表现的结果就是 , 更疼 。
3、总结
相同的条件下 , 水和油的对流换热系数级别不一样 , 水的对流换热系数要远大于油的对流换热系数 。物体在水中热量的传递更快 , 温度也就升的更快 。以人体来说 , 人体在水中会更快感觉到烫人 , 表现出来的结果就是100℃的水更“烫” 。
答案:100度的水比100度的油烫 , 给人造成的烫伤更严重 。
温度是什么?究其微观机理,是分子原子的运动程度 。温度越大,这种运动越激烈 , 越无序 。人触碰100度的水或是油 , 很容易被烫到 , 这时第一个反应是感觉到疼 。从物理角度看,是外界分子、原子强烈的与你手指上的分子、原子对撞 。烫伤主要是物质释放热量 , 而人体吸收过多热量造成的 。
不同的人、不同部位的皮肤对烫伤的反应是不一样的 , 所以我们这个题目的前提是假设同一个人、同一个部位 , 去实验、去判定:100度的水烫还是100度的油烫?为什么?
一、沸点
在标准大气压下(101.325kPa) , 纯水的沸点为100℃;在常压下 , 水沸点为99.975摄氏度 。所以在这个题目下 , 水是达到沸点的 , 变成部分水蒸气、部分100℃的开水 。同时水在达到100度后 , 要继续吸收热量才能转化为水蒸气,所以水蒸气的热量多一些 。同时由于水蒸气流动性更好 , 所以100度的水与身体接触更快 。
二、比热
因为水的比热大 , 相同温差传热量大 。同样少量的液体 , 水的比热是非常大的 , 要高于油1倍左右 。所以人在触碰100度的水时 , 水散热能力更强 , 给人造成的烫伤更严重 。
三、导热系数
水在100℃ 时 , 导热系数是0.683W/m.K 。水的导热比油好 , 如果是同等面积的皮肤接触油和水的话 , 接触时间也相同 , 水会造成更严重的皮肤应激反应 。
四、接触时间
如果接触时间是1秒钟 , 那就是差不多的烫伤了 , 因为时间太短 , 两种物质释放出的总热量类似 。
如果接触时间在10秒左右 , 100度的水释放出的热量比油要多 , 所以就烫得严重了 。
结语:
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