Hareketli hava neden soğuk hissediyor?

Bir termodinamik dersi alıyorum ve şu soruyu sordum. Profesörüme doğrudan soracaktım, ama basit bir cevabı olan aptalca bir soru gibi görünüyor, bu yüzden şansımı burada utanç korkusuyla deneyeceğim diye düşündüm.

Hava bir borudan aktığında, durgunluk entalpisi değişmez. Kalorik olarak mükemmel bir gaz için, entalpinin sıcaklıkla doğrusal olarak değiştiğine sahibiz.

h_{0} = constant = h + \frac{1}{2} u^{2}

$h_0 = \text{constant}= h + \frac12u^2$

h = c_{p} T

$h = c_pT$

Havaya bakalım. Hava, sabit basıncında belirli bir ısıya sahiptir . Oda sıcaklığı havası yaklaşık . Rüzgar hızları genellikle altındadır . $1000\ \mathrm{\frac{J}{kg\cdot K}}$ $300 \text{ K}$ $15\ \mathrm{\frac{m}{s}}$

Denklemlerimizi yeniden yazarak şunu söyleyebiliriz:

c_{p} T_{0} = c_{p} T + \frac{1}{2} u^{2}

$c_p T_0 = c_pT + \frac12u^2$

1000 \frac{J}{k g \cdot K} \cdot 300 K = 1000 \frac{J}{k g \cdot K} \cdot T + \frac{1}{2} (15 \frac{m}{s})^{2}

$1000\ \mathrm{\frac{J}{kg \cdot K}} \cdot 300 \text{ K} = 1000\ \mathrm{\frac{J}{kg \cdot K}} \cdot T + \frac12(15\ \mathrm{\frac{m}{s}})^2$

300000 \frac{J}{k g} = 1000 T \frac{J}{k g} + 112.5 \frac{J}{k g}

$300000 \frac{J}{kg} = 1000T\ \mathrm{\frac{J}{kg}} + 112.5\ \mathrm{\frac{J}{kg}}$

T = 299,9 K

$T = 299.9 \text{ K}$

Bu nedenle, ılımlı rüzgar hızları sıcaklığı hiç değiştirmez. Öyleyse neden dışarıdaki havanın durgun havadan önemli ölçüde daha soğuk olduğunu hissediyorsunuz?

— user01101001
kaynak

güzel soru, tavan fanı altında otururken her zaman bu soru vardı

— Shirish Herwade

Ter buharlaşmasını saniyeliğine ihmal edersek, hareket ettiğinde sadece vücudun altında bir sıcaklığa sahip hava soğuk (er) hisseder. Dış hava genellikle 37 santigrat dereceden / 98 Fahrenhayt dereceden daha soğuk olduğu için rüzgar üşür (er). Bu eşiğin üzerindeki hava sıcaklıkları genellikle rahatsız edici olarak algılanır, çünkü bedeni soğutmak artık tek başına buharlaşma yoluyladır (yani ciddi terleme) ve bir noktada tehlikeli hale gelir. Mayıs ayında Ölüm Vadisi'ndeydim; Orada rüzgar serin değil ama daha çok bir fön makinesi gibi hissettim. Havayı belirli bir sıcaklığın üzerine taşımak aslında daha sıcaktır .

— Peter - Monica'yı

Daha az aptal hissedebilirsiniz :-) - sınıfta, yani - "hareketli hava neden bir makineye (bilgisayar çipleri veya 1975 öncesi bir VW motoru) statik havadan daha fazla soğutma sağlıyor?"

— Carl Witthoft

Çünkü bu sansasyon hava sıcaklığıyla değil, ısı transferiyle ilgilidir, bu yüzden Peter Ölüm Vadisi'nin Mayıs'ındayken serin hissetmedi. Vücudunuz etrafındaki havadan daha sıcaksa, o zaman onu soğuk ve tam tersi hissedeceksiniz. Derideki reseptörler, Air'in aşağıdaki cevabında açıklandığı gibi anahtardır

— raspacorp

Saunada birine biraz hava üfleyin ve soğuk hissinin vücut sıcaklığına göre olduğunu göreceksiniz :)

— Filip Haglund

Yanıtlar:

Bunun birkaç nedeni var. Her şeyden önce, sıcaklık veya serinlik hissinin sadece dolaylı olarak sıcaklıkla ilişkili olduğunu belirtmek önemlidir. Cildinizdeki sıcaklıkla ilgilenen reseptörler esasen ısı transferine ve sıcaklık değişikliklerine duyarlıdır , çok fazla mutlak sıcaklık değerleri değildir. Örneğin, burada termorekst ile ilgili EB makalesinden ilginç bir alıntı :

Soğuk reseptörler, ani soğutmaya, önceki sıcaklık ve sıcaklığın büyüklüğü ve oranındaki azalmayla doğrudan ilişkili olan deşarj frekansında (dinamik yanıt olarak adlandırılır) geçici bir artışla tepki verir. Soğutucu sıcaklığı korunursa, deşarj frekansı, doğrudan soğutucu sıcaklığı ile ilgili olan statik bir deşarj frekansına uyum sağlar.

Bu nedenle serinlik hissi, ısının deriden ne kadar hızlı aktarıldığıyla ilgilidir. Isı transferi üç modda gerçekleşir: radyasyon, iletim ve konveksiyon. Önemli olan sonuncusu, çünkü konveksiyon harekete dayanıyor; hareketsiz, sadece radyasyon ve iletim vardır. Hava, iletimi daha az etkili hale getiren oldukça iyi bir yalıtkandır; ve geniş bir spektrumda şeffaftır, yani önemli bir radyasyon ısı değişimi yoktur. Ve cildinizde, bir taslak veya küçük rahatsızlıktan kaynaklanan küçük konvektif akışlara karşı çalışan birçok küçük tüy (ve belki de kişiye bağlı olarak daha büyük tüyler) vardır .

Temel olarak, konveksiyon (hareketli hava) olmadığında, cildiniz kendi etrafındaki havayı yerel olarak ısıtır ve bu hava çok hızlı bir şekilde daha soğuk hava ile değiştirilmez . Isındıkça cildinizden daha az ısı iletir (çünkü daha küçük sıcaklık farkı daha zayıf bir sürücüdür).

Ancak çoğu durumda çok daha önemli faktör muhtemelen artan evaporatif soğutmadır . Cildinizin etrafındaki bu hava tabakası ısıyı iletir ve cildiniz tarafından ısıtılırsa, nemi de buharlaştırır ve daha nemli hale gelir. (Terli hissetmeseniz bile cildiniz kuru havaya her zaman bir miktar nem kaybedebilir.) Tıpkı hava ısındıkça ve vücut sıcaklığınıza yaklaştıkça ısı transferi azaltılacağı gibi, buharlaşma da azalır. vücudunuzun hemen çevresindeki hava biraz daha nemli olur. Ancak hava hareket ederken cildinizden nemi buharlaştırmada çok daha etkili olur. Daha fazla arka plan için terleme mekanizmasını okuyabilirsiniz .

Her iki durumda da, hareketli hava nispeten daha fazla sabit enerjili bir lavabo gibi davranır çünkü vücudunuz ısı enerjisine ve / veya neme katkıda bulunduğundan, bu yüksek enerjili moleküller cildinizle olan arayüzden uzaklaşır ve daha serin, kuru hava ile değiştirilir . Analitik bir perspektiften bakıldığında, hava yeterince hızlı hareket ediyorsa, cildinizle ısı ve nem alışverişinde bulunduğundan zamanla daha sıcak veya daha nemli hale geldiğini hesaba katmanız gerekmez.

Gibi bu yorum işaret , bu terleme özellikle bir soğutma mekanizmasıdır iken, konveksiyon her iki şekilde çalışır tanımak önemlidir; eğer çevredeki hava cildinizden daha sıcaksa, bir esinti daha sıcak hissettirir. Bu konuyla gerçekten ilgileniyorsanız, UC Berkeley'in Yapılı Çevre Merkezi , oynayabileceğiniz, bireysel ve çevresel değişkenlere göre çok daha ayrıntılı bir termal konfor aracına sahiptir.

— Hava
kaynak

İronik olarak Airkendi kendine cevap verdi .

— JonH

Havayı soğuk hissetmek, cildinizin zorlanmış konveksiyon ve terin buharlaşması ile soğutulmasıdır.
Hava hareketi olmadan cilt üzerinde daha sıcak bir hava sınır tabakası oluşur ve bu nedenle daha küçük sıcaklık farkı nedeniyle ısı kaybı oranı azalır.
Cildin üzerinde havanın taşınması, bu sınırı daha sonra bozar ve ısıtılmamış havanın cilde temas etmesini sağlar, böylece ısı kaybı oranını arttırır ve böylece cilt daha fazla soğur. Buharlaşma, cilt tarafından sağlanan ve böylece daha fazla soğuyan gizli ısı gerektiren bir durum değişikliğidir. Bkz rüzgar soğuk ve "karşıt" etkisi için ısı indeksi .

— Farcher
kaynak

Durgun havada, ana ısı transfer mekanizmaları difüzyon ve doğal konveksiyondur. Bir cisim durgun havadan daha yüksek bir sıcaklıktaysa, ısı cisimden havaya akacaktır. Özünde, nesneyi hemen çevreleyen hava, havanın kendisinden daha yüksek bir sıcaklıkta olacaktır.

Hareketli havada, ısı transfer mekanizmaları olarak difüzyon, doğal ve zorlanmış taşınım da vardır. Zorlanmış konveksiyon, o nesnenin etrafındaki (difüzyon nedeniyle) yakınlardaki ısıtılmış havayı çıkarmak ve havanın orijinal sıcaklığında diğer mekanizmalardan daha hızlı daha fazla hava sağlamak için çalışır.

— Paul
kaynak

Her iki durumda da konveksiyon var. Hareketsiz havada (böyle bir terimi kullanmak doğru olsa bile), yoğunluk farklarının bir sonucu olarak çevredeki havanın dolaşımı nedeniyle doğal konveksiyona sahip olacaksınız.

— Algo

@Algo: haklısın. Farklı konveksiyon türlerini ayırt etmeliydim. Bununla birlikte, bu durumda doğal konveksiyon bir soğutma mekanizması olarak göreceli olarak ihmal edilebilir düzeydedir. Güncellenmiş cevabımı görün.

— Paul