움직이는 공기가 왜 차갑습니까?

열역학 수업을 듣고 있는데 다음과 같은 질문이 있습니다. 교수님에게 직접 물어 보려고했지만 간단한 대답이있는 어리석은 질문 인 것 같습니다. 그래서 당황스러워 할 것입니다.

공기가 파이프를 통해 흐를 때 정체 엔탈피는 변하지 않습니다. 열적으로 완벽한 가스의 경우 엔탈피가 온도에 따라 선형으로 변합니다.

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

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

h = c_{p} T

$h = c_pT$

공기를 보자. 공기는 일정한 압력 에서 비열을가 집니다. 실내 온도는 약 입니다. 풍속은 일반적으로 미만 입니다. $1000\ \mathrm{\frac{J}{kg\cdot K}}$ $300 \text{ K}$ $15\ \mathrm{\frac{m}{s}}$

방정식을 다시 작성하면 다음과 같이 말할 수 있습니다.

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

$T = 299.9 \text{ K}$

따라서 적당한 풍속은 온도를 전혀 변화시키지 않습니다. 그러면 왜 외부 공기가 정체 된 공기보다 훨씬 차갑게 느껴 집니까?

— 사용자 01101001
소스

좋은 질문, 나는 항상 천장 선풍기 아래에 앉아있을 때이 질문을했다

— Shirish Herwade

땀 증발을 초 동안 무시하면 몸의 온도보다 낮은 온도의 공기 만 움직일 때 차갑게 느껴집니다. 외부 공기는 일반적으로 화씨 37도 / 98 도보 다 차가우므로 바람이 차갑습니다. 이 임계 값을 초과하는 공기 온도는 일반적으로 몸을 식히는 것이 증발만으로 (즉, 심각한 발한 현상이 발생), 어느 시점에서 위험 해지기 때문에 일반적으로 불편한 것으로 인식됩니다. 나는 5 월에 데스 밸리에있었습니다. 나는 바람이 시원하지 않지만 불어 건조기와 같은 느낌을 받았다는 것을 확신 할 수 있습니다. 특정 온도 이상으로 공기를 옮기면 실제로 더 따뜻해 집니다.

— 피터-복원 모니카

"어떻게 움직이는 공기가 정적 공기보다 기계 (컴퓨터 칩 또는 1975 년 이전 VW 엔진)에 더 많은 냉각을 제공 하는가?"

— Carl Witthoft 2016 년

그것은 센세이션이 기온과 관련이없고 열전달과 관련이 있기 때문에, 데스 밸리의 5 월에 피터가 시원하지 않은 이유입니다. 몸이 주위의 공기보다 따뜻하면 몸이 차갑고 다른 방향으로 느껴집니다. 피부의 수용체는 아래의 Air 's answer에서 설명 된 핵심입니다

— raspacorp

사우나에서 사람에 대한 몇 가지 공기를 불어 당신은 감기의 감각 : 체온을 기준으로 것을 볼 수 있습니다

— 필립 Haglund

답변:

몇 가지 이유가 있습니다. 우선, 따뜻함이나 차가움의 느낌은 온도와 간접적으로 만 관련이 있습니다. 온도를 다루는 피부의 수용체는 주로 절대 온도 값이 아니라 열 전달 및 온도 변화에 민감 합니다. 예를 들어 다음 은 열 수신에 대한 EB 기사 에서 흥미로운 발췌입니다 .

콜드 리셉터는 이전 온도 및 온도 감소의 크기 및 속도와 직접 관련된 방전 주파수 (동적 응답이라고 함)의 일시적 증가로 급격한 냉각에 반응합니다. 냉각기 온도가 유지되는 경우, 방전 주파수는 냉각기 온도와 직접 관련된 정적 방전 주파수에 적응합니다.

따라서 시원함은 피부에서 열이 얼마나 빨리 전달되는지와 관련이 있습니다. 열 전달은 방사, 전도 및 대류의 세 가지 모드로 발생합니다. 대류가 움직임에 의존하기 때문에 중요한 것은 마지막입니다. 움직임이 없으면 방사선과 전도 만 있습니다. 공기는 꽤 좋은 절연체이므로 전도 효과가 떨어집니다. 광범위한 스펙트럼에서 투명하므로 복사열 교환이 크지 않습니다. 그리고 당신의 피부는 많은 작은 머리카락 (그리고 아마도 더 큰 머리카락, 사람에 따라) 그 일이 에 대한 초안 또는 작은 교란 등의 사소한 대류 흐름을.

기본적으로 대류 (움직이는 공기)가 없으면 피부가 주변 공기를 국지적으로 따뜻하게하고 그 공기는 더 차가운 공기로 빠르게 대체되지 않습니다 . 따뜻해지면 피부에서 더 적은 열을 전달합니다 (온도 차이가 작을수록 드라이버가 약하기 때문에).

그러나 대부분의 경우 훨씬 더 중요한 요소는 아마도 증발 냉각 증가 일 것입니다 . 피부 주위의 공기층이 열을 전달하고 피부에 의해 따뜻해지는 것처럼 수분을 증발시키고 더 습하게됩니다. (땀이 나지 않더라도 피부는 항상 건조한 공기에 대한 수분을 약간 잃을 수 있습니다.) 공기가 따뜻해져 체온에 가까워 질수록 열전달이 줄어들어 증발도 줄어 듭니다. 몸 주변의 공기가 약간 더 습합니다. 그러나 공기가 움직이면 피부의 수분을 증발시키는 데 훨씬 효과적입니다. 더 많은 배경에 대한 땀의 메커니즘에 대해 읽을 수 있습니다 .

두 경우 모두, 움직이는 공기는 신체가 열 에너지 및 / 또는 수분을 제공함에 따라, 높은 에너지 분자는 피부와의 계면에서 멀어지고 더 시원하고 건조한 공기로 대체되기 때문에 일정한 에너지 싱크 처럼 상대적으로 더 작용 합니다 . 분석적인 관점에서 볼 때, 공기가 충분히 빠르게 움직이면 시간이 지남에 따라 피부와 열과 수분을 교환 할 때 더 따뜻하거나 더 습 해지는 것을 설명 할 필요가 없습니다.

으로 이 댓글이 지적 , 그것은 땀이 특별히 냉각기구 동안, 대류이 두 가지를 작동하는 것을 인식하는 것이 중요합니다; 주변 공기가 피부보다 따뜻하면 산들 바람이 더 뜨겁게 느껴질 것입니다. 이 주제에 정말로 관심이 있다면 UC Berkeley의 건축 환경 센터에는 사용할 수있는 깔끔한 열 안락 도구 가 있습니다.이 도구 는 개별 및 환경 변수에 이르기까지 훨씬 자세합니다.

— 공기
소스

아이러니하게 대답 Air했다.

— JonH 2016 년

공기가 차갑다는 것은 실제로 대류와 땀의 증발로 피부가 식는 것입니다.
공기 이동이 없으면 피부에 더운 공기의 경계층이 형성되어 온도 차이가 작기 때문에 열 손실률이 감소합니다.
피부 위로 공기를 옮기면 나중에이 경계가 깨져 가열되지 않은 공기가 피부에 닿아 열 손실률이 높아져 피부가 더 시원해진다. 증발은 피부에 의해 제공되는 잠열을 필요로하는 상태의 변화로 더 많이 냉각됩니다. 바람 냉각 및 "반대"효과 열 지수 를 참조하십시오 .

— 파처
소스

여전히 공기에서 주요 열 전달 메커니즘은 확산과 자연 대류입니다. 물체가 정지 공기보다 온도가 높으면 열이 물체에서 공기로 흐릅니다. 본질적으로, 물체를 바로 둘러싼 공기는 공기 자체보다 더 높은 온도에있을 것입니다.

움직이는 공기에서는 열 전달 메커니즘으로 확산과 자연 및 강제 대류가 있습니다. 강제 대류는 물체 주변의 가열 된 공기를 확산으로 인해 제거하고 다른 메커니즘보다 더 빨리 공기의 원래 온도로 더 많은 공기를 공급합니다.

— 폴
소스

두 경우 모두 대류가 있습니다. 여전히 공기 중에 (이러한 용어를 사용하는 것이 옳다면) 밀도 차이로 인해 주변 공기의 순환으로 인해 자연 대류가 발생합니다.

— Algo

@ Algo : 당신이 맞아요. 다른 유형의 대류를 구별해야했습니다. 그럼에도 불구하고,이 상황에서의 자연 대류는 냉각 메커니즘으로서 비교적 무시할 만하다. 업데이트 된 답변을 참조하십시오.

— Paul