为什么毛巾摸起来是热的,地板摸起来却是冷的?

探索日常热力学的活动

关键概念
温度
热传递
热敏感性
热力学
 
导言
感谢我们的触觉,我们都能分辨冷热。但是相同的温度感觉总是相同吗?你有没有注意到浴室瓷砖用你的光脚踩上去感觉很冷,但是挂在同一个房间里的毛巾却感觉是温暖的?为什么会有这样的差异呢?试试这个有趣的活动,找出答案!
 
背景知识
首先我们需要考虑能量。热是一种能量形式。当物体获得热量时,物体的分子会获得动能,并且它们会移动得更快。温度是对分子平均速度的客观测量。
 
接下来我们需要考虑我们的触觉。你的大脑总是向你的手发送信息:“嘿,手!抓住门把手,打开门!” 它们也会返回信息。你手中的感觉细胞向你的大脑发送信号,以便大脑可以弄清楚你的手在触摸什么。但是,正如你将在本次活动中发现的那样,我们的感觉系统处理温度的方式并不像温度计那样客观。
 
材料

  • 带瓷砖的浴室

  • 金属毛巾杆

  • 毛巾

  • 空水杯

  • 纸和铅笔

  • 液晶水族箱鱼缸温度计条(宠物店有售)

  准备工作


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  • 在您开始活动之前,确保毛巾和玻璃杯在您将用于活动的浴室中至少放置 10 分钟。

  • 列出您将要测试的项目:瓷砖、毛巾杆、毛巾、玻璃杯——并留出空间进行两个注释:触摸时的感觉以及实际温度。

  步骤

  • 将您的手掌放在毛巾上。触摸时感觉是温暖还是寒冷?

  • 写下触摸时的感觉。

  • 现在将您的手掌放在空玻璃杯的表面上。感觉是温暖还是寒冷?

  • 再次,在纸上记录您的观察结果。

  • 继续对毛巾杆和瓷砖执行相同的过程。触摸时它们感觉如何? 记下您的评估。 是否容易感受到不同物体之间的温度差异? 等待几分钟,然后将温度计条贴在毛巾表面。 温度读数是多少?

  • 在纸上记下这个。

  • 现在测量玻璃杯、毛巾杆和瓷砖的温度。这些表面的温度相同还是不同? 这与您触摸每个物体时的感觉相比如何?

  • 附加实验: 准备三个高玻璃杯。在一个杯子里装满热水(但不要烫伤),另一个杯子里装满冰水,第三个杯子里装满室温水。用一只手握住冰冷的玻璃杯,确保您的手掌与玻璃杯完全接触。现在用另一只手以相同的方式握住热玻璃杯。双手在玻璃杯上保持一分钟。现在放下它们,立即用双手抓住室温玻璃杯。玻璃杯是热的还是冷的?

 [分隔符]
观察和结果
您浴室中的物体——毛巾、玻璃杯、毛巾杆和瓷砖——都应该具有大致相同的客观温度。但是您从手中感觉到的温度可能大相径庭。这与热量——或能量——的移动方式有关。当两个物体处于不同温度时,热量从较热的物体流向较冷的物体。金属毛巾杆可能感觉最冷,因为金属是良好的热导体。这意味着它会迅速从您的手中吸收热量,这会让您感觉它很冷。另一方面,毛巾由棉制成,棉是不良的热导体。它不会吸走您手中的热量,因此触摸起来感觉更温暖。玻璃杯和瓷砖可能介于两者之间。我们感知温度的方式是通过比较。当您触摸一个与您的手温度不同的物体时,您会将热量流入或流出手的感觉解释为热差异的感觉。当热量从皮肤流出时,其温度降低,其传感器“触发”以指示皮肤与较冷的物体接触。
 
由于使用我们的触觉确定温度是比较性的,因此要客观地测量温度,您需要使用温度计。
 
如果您尝试了“附加实验”活动,您会看到即使您的两只手在条件合适的情况下也会给您相互矛盾的信息。握住冷玻璃杯的手告诉您,室温玻璃杯是热的。握住热玻璃杯的手说,室温玻璃杯是冷的。但是两只手都握着同一个玻璃杯——真奇怪!
这种混乱的感觉表明您的手并没有直接感知玻璃杯的温度。您皮肤中的热传感器会感知由热量——或能量——流入或流出手造成的温度变化。当您握住凉爽的玻璃杯时,您的手变冷了。当这只冷手握住室温玻璃杯时,玻璃杯中的热量流入您的手中以使其变暖。您的冷手获得了热量,因此它感觉到玻璃杯是温暖的。当您握住热玻璃杯时,您的手获得了热量;当您的热手握住室温玻璃杯时,您手中的热量流入玻璃杯以冷却您的手。您的热手失去了热量,因此它感觉到玻璃杯是凉爽的。
您的手中存在神经,可以判断物体是比体温更温暖还是更凉爽。但是它们很快就会适应,物体开始感觉“正常”——既不温暖也不寒冷。当您将手移到装有室温水的玻璃杯中时,每只手都感觉到与之前感觉到的有所不同。因为每只手之前都握着温度不同的玻璃杯,所以每只手感觉到的变化都不同——即使它们触摸的是同一样东西。
 
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为什么毛巾摸起来是热的,地板摸起来却是冷的?由探索馆开发,并刊登在Exploralab: 150 种探索你周围的神奇科学的方法第 25 页。Exploralab 由探索馆创作,是一本带领好奇的孩子科学家(8-12 岁)进行 24 小时家庭调查、实验和发现的书籍。

本活动由探索馆合作推出

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