关键概念
天气
湿度
生物学
化学
简介
在“四月雨季”天气潮湿时，你的头发会变得毛躁吗？如果是这样，你有没有想过这是为什么？当湿度增加时，头发会松弛并伸长，而当湿度降低时，头发又会收缩。事实上，头发长度变化的速度非常可靠，以至于它们实际上可以用作湿度计的基础，湿度计是一种测量空气中湿度水平的设备。
背景
要了解用头发制成的湿度计的工作原理，了解人类头发的结构非常重要。（发干是突出于皮肤表面的头发部分，而毛囊是皮肤表面以下的部分。）在人类发干中，几层扁平的角质层细胞围绕着一层皮质细胞（构成皮质），皮质细胞又围绕着中央细胞核，称为髓质。扁平的角质层细胞相对坚韧，放大后呈鳞片状，并覆盖着一层特殊的分子（称为脂质），可以防水，有助于保护发丝。皮质细胞是纤维状的，含有不同深度的色素颗粒，赋予头发自然的颜色。
头发中的主要蛋白质来自一组称为角蛋白的蛋白质，与形成指甲的蛋白质家族相同。连接角蛋白分子的化学键使头发具有强度和柔韧性，以及对湿度可预测的反应。
材料
• 外用酒精（70%异丙醇）
• 量匙
• 小碗
• 三根长的人发（约20厘米长）
• 棉签
• 卷尺或直尺
• 可以轻松切割的薄而平的塑料片（约8.0厘米长和8.0厘米宽），例如一次性熟食容器的盖子
• 剪刀（足够坚固以切割塑料片）
• 一角硬币
• 胶带
• 两个小钉子
• 胶水
• 废木块或扁平泡沫塑料（约25厘米长和10厘米宽）
• 锤子
• 铅笔或钢笔
• 吹风机
• 可以密封的塑料盒，并且足够大以容纳其中的木块或泡沫塑料
• 湿海绵或小毛巾（纸质或布质）
准备工作
• 通过在一个小碗中混合一汤匙水和一茶匙外用酒精，制备25%外用酒精和75%水的溶液。
• 用棉签蘸上稀释的外用酒精溶液，擦拭每根头发。这将去除任何残留的油脂，并使水更容易渗透到头发中。将头发放在一边，以免丢失。
• 将塑料片切割成三角形指针形状，特别是等腰三角形，其中两条边为7.0厘米，第三条边为3.0厘米。
• 将你制作的塑料指针放置使其指向右侧，然后将一角硬币用胶带粘在指针上，使其中心距离指针短边（左侧）4.5厘米。（一角硬币的一部分将稍微突出于指针的另外两条边之上和之下。）
• 在距离指针左侧约0.5厘米处居中，将一个钉子穿过指针。使用锤子敲钉子时要小心。确保只在可以安全承受力的冲击并且不易损坏的表面上使用锤子。
• 摇动钉子，直到指针围绕钉子自由且松散地移动。暂时取下钉子。
• 在钉孔右侧约1.0至1.5厘米处，将头发粘在指针上。确保在开始操作前胶水已干。
步骤
• 将指针放置在木质或泡沫塑料底座上，约在三分之二处（约19厘米处），指针的左侧距底座左侧约1.0厘米。将钉子锤入指针的钉孔中并牢固地固定在底座上。确保指针仍然可以轻松转动。
• 在底座顶部约2.5厘米处，与头发粘在指针上的位置对齐，将另一个钉子锤入底座中。
• 轻轻拉紧头发，使指针继续指向右侧，使其与地面平行（并与头发垂直）。头发应完全垂直，指针应完全水平指向。
• 将头发的自由端粘在上部的钉子上。你认为如果使用更短的头发会发生什么？这将如何影响你的湿度读数？你可能需要在胶水开始凝固时保持头发紧绷，使其保持位置。如果头发太长，请修剪末端。确保在继续下一步之前胶水已干。
• 接下来，你要校准湿度计，使其对应刻度上的两个湿度极端值：0%和100%。对于0%的湿度，用吹风机轻轻吹干头发，直到头发不再缩短（指针不再移动）。将此位置标记为0%。
• 要测量100%的湿度，请将湿度计与湿海绵或小毛巾一起放入塑料盒中。至少等待10分钟。轻轻标记指针位置，重新密封盒子，再等待10分钟。继续这样做，直到指针位置停止变化。将最终指针位置标记为100%。
• 对于中间值，你可以将0%和100%之间的空间分成五个相等的增量，并标记20%、40%、60%和80%的位置，然后（如果有空间）将每个增量分成两半，以标记10%、30%、50%、70%和90%的位置。你的毛发湿度计可能实际上没有这么精确，但它可以给你一个湿度变化的粗略近似值。
• 使用你的湿度计测量家中不同区域的湿度水平。湿度计显示你家中的房间有多潮湿？这与淋浴后浴室的湿度相比如何？湿度计显示室外有多潮湿，以及这如何随天气变化？
• 额外：通过将其与另一个仪器（例如干湿球湿度计或电子湿度计）进行比较来校准你的毛发湿度计。你的毛发湿度计与这些精密仪器之间的读数有多相似？如果它们不同，你认为这是为什么？
• 额外：将你的湿度计放在室外避雨的地方。在几天的时间里，定期监测它。在“正常”的一天中，湿度会发生多大变化？暴风雨系统经过你所在的区域如何影响湿度？观察和结果
你的湿度计是否显示淋浴后浴室比家中普通房间更潮湿？在室外使用时，湿度计是否在更潮湿时（例如下雨时）给出了更高的读数，而干燥时则相反？
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在淋浴后的浴室中，如果房间很小并且门一直关着，则湿度可以达到100%左右。如果校准正确，湿度计应给出约100%的读数。在其他房间中，湿度可能会低得多，具体取决于你居住的地方的湿度以及其他因素（例如是否正在运行加湿器或鱼缸）。如果你将湿度计的读数与另一个测量湿度的仪器（例如干湿球湿度计或电子湿度计）进行了比较，你可能会发现你的湿度计有20%到30%的不准确，但你可以使用这些设备重新校准它以提高其准确性。
如前所述，头发由称为角蛋白的蛋白质分子构成。蛋白质分子由氨基酸组成。在头发中，角蛋白分子主要通过两种力结合在一起：半胱氨酸（一种氨基酸）之间的化学交联和较弱的氢键。头发中的角蛋白有许多这样的键，使头发坚固而柔韧。氢键可能会被空气中的水蒸气破坏，每个角蛋白都会与空气中的水结合，而不是相互结合。事实上，这正是导致头发在潮湿和干燥的空气中分别定期膨胀和收缩的原因。
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