討論題8：短時觸摸的表面，為什么不同材質(zhì)，相同溫度燙感也不同？

理解這個現(xiàn)象，需要用到導(dǎo)溫系數(shù)這個概念。我們知道，溫度是物質(zhì)內(nèi)部熱運動劇烈程度的宏觀表現(xiàn)，因此宏觀上的熱量傳遞，會表現(xiàn)為溫度傳遞。經(jīng)典的導(dǎo)熱定律中，傳熱效率只與溫差、導(dǎo)熱系數(shù)和幾何參數(shù)有關(guān)，與材料的密度、比熱容無關(guān)。

而實際上，材料的這兩個參數(shù)，會影響物質(zhì)吸收或釋放熱量帶來的溫度反饋。密度越大，比熱容越大。吸入相同熱量，溫度上升幅度就越小，反之，當然就越大。所以，傳熱效率相同時，不同物體溫度的變化不一定相同。為了表征溫度的傳遞效率，傳熱學(xué)中定義了一個新的物理量，叫做導(dǎo)溫系數(shù)。導(dǎo)熱系數(shù)表征的是熱量的傳遞效率，導(dǎo)溫系數(shù)就是指溫度的傳遞效率。溫度不是一種能量，因此導(dǎo)溫系數(shù)不是物質(zhì)的基本物理性質(zhì)。是一個“復(fù)合型”性能指標。導(dǎo)溫系數(shù)又稱熱擴散率或熱擴散系數(shù)，其定義是：

導(dǎo)溫系數(shù)=導(dǎo)熱系數(shù)/比熱容/密度

這意味著，一個結(jié)構(gòu)件所用材質(zhì)的導(dǎo)熱系數(shù)越高，密度越小，比熱容越小，其均溫能力越強。即材料的局部被加熱時，導(dǎo)溫系數(shù)高的材料，其遠端能更快感知到熱量被傳入。同樣地，當材料局部被冷卻，遠端亦能更快感知到熱量被移走。

人體觸碰熱源表面時，人體相當于是熱源表面的散熱器。由于存在溫差，熱源表面的熱量流入人體，人體皮膚被加熱，這其實意味著熱源同時被冷卻，也就是熱源與人體皮膚接觸的位置溫度被降低。當被觸碰熱表面的材質(zhì)導(dǎo)溫系數(shù)較低時，熱源表面周邊熱量轉(zhuǎn)移到被觸位置處的效率較低，被觸碰位置就會被較快冷卻。因此，皮膚的燙感就比較弱。

對于導(dǎo)溫系數(shù)高的材質(zhì)表面，人體觸碰局部熱源表面將熱量帶走后，熱源其它未被觸碰的位置能夠迅速將熱量補給過來，使得被觸碰區(qū)域的溫度不怎么降低，人體燙感就較強。換句話說，對于短時間接觸的場景中，由于人體溫度和被觸表面沒有達到熱平衡，雖然看上去不同材質(zhì)的表面溫度是相同的，但實際上，不同材質(zhì)下，人體感知到的溫度是不同的。導(dǎo)溫系數(shù)越高，短時間感知到的溫度越接近熱源實際溫度。

舉個例子，對于溫度為50°C的鋁板，導(dǎo)溫系數(shù)很高，接觸10秒鐘，人體溫度感受器可能被加熱到45°C，神經(jīng)感受到的就是45℃的燙感。而對于50℃的木頭，導(dǎo)溫系數(shù)很低，接觸十秒鐘，人體溫度感受器僅被加熱到42℃，神經(jīng)給出的反饋就是42℃的燙感。這樣一來，導(dǎo)溫系數(shù)較高的材質(zhì)表面，燙傷溫度閾值就更低。實際上，基于上述分析，我們還可以推測，導(dǎo)溫系數(shù)較高的材質(zhì)，其凍傷溫度閾值還會更高。

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