霍金勝
(甘肅省天水市第二中學,甘肅 天水 741020)
中國有一個眾人皆知的彥語:“下雪不冷化雪冷”.在初中物理教學中,教師經(jīng)常以此為例說明物態(tài)變化過程中的吸熱與放熱.但“下雪不冷化雪冷”現(xiàn)象的科學原理一直眾說紛紜,歸納起來有以下3種觀點.
雪的形成是氣態(tài)水蒸氣凝華成固態(tài)冰,是放熱反應,由于放熱導致大氣溫度升高;化雪是固體冰熔化成液態(tài)水,是吸熱反應,由于吸熱導致大氣溫度降低.
但此觀點錯誤明顯,水蒸氣只有在氣溫低于0℃才凝華,因此下雪天大氣的溫度肯定低于0℃,雪在氣溫高于0℃才熔化,因此化雪天,氣溫一定高于0℃.即化雪天大氣溫度高于下雪天.
人類生活工作區(qū)域(居民點、工廠、學校、道路等)地面積雪由于人類活動被弄臟,對太陽光的吸收能力大大增強.在化雪天氣,人類生活工作區(qū)域先融化.而遠離人類生活工作區(qū)的地面積雪比較干凈,對太陽光反射能力很強,吸收的太陽輻射能量很少,往往在人類生活工作區(qū)雪融化數(shù)天后才開始融化.而一般人們所說的化雪,是以人類生活工作區(qū)域為準.
當人類生活工作區(qū)大氣由于溫度升高而上升,其他地區(qū)的冷空氣從各個方向補充,形成了渦旋氣流.由于渦旋氣流存在,人體向空氣散熱加快,人就感覺到溫度比實際更低.
有學者查閱了許多氣象資料,發(fā)現(xiàn)下雪天與化雪天溫度基本相同,空氣的流動的速度也基本相同,由此證明渦旋氣流說是不正確的.由于沒有其他更合理的解釋,因此懷疑“下雪不冷化雪冷”諺語的正確性,提出了謬誤說,認為“下雪不冷化雪冷”是人們感覺的錯誤.
諺語是人類多年的生活經(jīng)驗的總結(jié),因此不會輕易出錯,只是它背后隱藏的科學原理沒有被我們發(fā)現(xiàn).筆者抱著此信念反復測量分析,發(fā)現(xiàn)引起人們“下雪不冷化雪冷”感覺的真正原因.在此基礎上提出了環(huán)境溫度變化說.
影響人對大氣溫度感覺高低主要有以下3個因素.
① 環(huán)境溫度的高低.溫度高人就感覺到熱,溫度低人就感覺到冷.
② 大氣流動的速度.人生活在大氣中,在相同的溫度下,大氣流動速度越大,人體向大氣散熱也越快,人就會感覺越冷,因此大氣流動的速度越大,人感覺到的溫度就比實際大氣的溫度低.
③ 環(huán)境溫度的變化.人感受到的冷熱還與環(huán)境溫度的變化有關(guān).例如人把手直接放入一冷水中,與人把手先放到熱水中浸泡一會以后拿出,再放入相同冷水中,雖然兩種情景冷水溫度是相同的,但第2種情景人感覺到水溫度更低.說明人感受到溫度高低還與環(huán)境溫度的變化有關(guān).人從高溫區(qū)域進入到低溫區(qū)域,人感受到的溫度就比低溫區(qū)域的實際溫度更低;人從低溫區(qū)域進入到高溫區(qū)域,人感受到的溫度就會比高溫區(qū)域的實際溫度更高.
化雪時人類生活工作區(qū)域按冷熱的程度可以劃分為3種.
① 暖和區(qū)域.能受到太陽光輻射,但由于各種建筑物阻擋冷空氣不易流入?yún)^(qū)域.如四合院,樓房環(huán)繞的小區(qū)等.
② 較冷區(qū)域.太陽能直接射到,可是冷空氣容易流入?yún)^(qū)域,或者冷空氣不容易流入,但太陽光不能直接照射到區(qū)域.如孤立建筑物的向陽面等.
③ 寒冷區(qū)域.太陽光不能直接照射到,而冷空氣又容易流入地域.如孤立建筑物背光面等.
人類生活工作區(qū)3種區(qū)域相互交錯.這些區(qū)域溫差很大,可以達到10℃以上,人由于生活工作需要,要頻繁的在這些區(qū)域之間移動.當人從暖和區(qū)域進入較冷區(qū)域或者寒冷區(qū)域時,或者由較冷區(qū)域進入寒冷區(qū)域時,溫度快速由高變低,人感受到溫度比較冷區(qū)域或者寒冷區(qū)域的實際溫度更低,通過筆者感受,可以低5℃.
化雪天可以經(jīng)常看到這樣的情景:當某人從暖和區(qū)域進入較冷或者寒冷區(qū)域時,立即忍不住地叫“化雪天真冷”,急匆匆離開較冷區(qū)域.
綜上所述,“下雪不冷化雪冷”不是謬誤,而是人們從暖和區(qū)域移動到寒冷區(qū)域時一種更冷的感覺.
“下雪不冷化雪冷”原因較為復雜,在初中物理教學中不宜給學生舉此類事例.
1 劉世楷.“下雪不冷化雪冷”的說法對嗎?物理通報,1954(2).
2 吳澤球.“下雪不冷化雪冷”現(xiàn)象分析.物理教師,2006(2).