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暖宝宝的原理是什么?

热学 2019-04-09 09:48 未知晓娜
热传递的三种方式:传导、对流、辐射。

1.为什么人会感到寒冷?
人通过食物摄取营养,储存的能量在体内发生各种酶促氧化还原反应,化学能转化为热能。产生的热能可以通过血液循环等方式传递到身体各部分,用于各种身体机能的维持、物质运输和肌肉运动等,同时也会产生余热散发到体外。因此,人体通过不断地产生热量和散发热量,维持体内热平衡,通常人体的平均温度为37摄氏度。
当人体和环境具有温度差时,就会发生热传递。通常认为的热传递有对流、辐射和汗液蒸发(可以认为是传导的一种)。且温差越大,热传递过程越剧烈。冬天通常温度较低、湿度较小。当环境温度很低,人体散热过多,就会感到寒冷不舒适。当大气风速较高,相对湿度较小,有利于人体蒸发散热,也会感觉寒冷不舒适。
而热传导性又与传导介质有很大的关系。
一般物理课上老师会提这样一个问题:一块表面3摄氏度的铁和一块表面3摄氏度的木头,哪个摸上去更冷?答案是铁。
因为铁的热传导性好,会把人的体温立即传导给铁,因而人会感觉铁块摸上去更冷。同样的道理,因为水的热传导率较大,所以潮湿的空气更利于人体热量传导,因此人体感觉湿冷比干冷要冷得多。
所以在南方,由于水的热传导率较大,所以在相对湿度较大的情况下,人体蒸发散热很强,体感温度会更低,因而会感到一种无法通过加衣轻易解决的寒冷。

2.冷了怎么办?
搞清楚人为什么会感到寒冷,那么解决办法就是从原因出发了。一是减小散热量,二是增加产热量。
2.1减小散热量
这方面的途径大家都很熟悉。理论上就是减少热传递。其一是通过加衣,适当紧身的内衣物,减少肌肤与空气的直接接触,外层衣物挡风而减少蒸发散热;絮状棉花或衣层之间形成不易流动的空气层而减少热对流等。其二是人体自身也会根据外部环境做出一定的响应。如通过收缩毛孔(也就是起鸡皮疙瘩),阻止体内热量散失,达到抗寒的自卫效果。
2.2增加产热量
这方面的途径包括:增强运动量,肌肉运动促进能量的转换,糖原的分解产生热量;增强体质,促进自身新陈代谢率即体内各酶催反应率;多吃食物,营养物质的分解散发大量热量。这些都是人体自身发生的能量转换。以及通过贴暖宝宝,即利用外部手段来增加产热量。【终于到暖宝宝了】

3.暖宝宝的原理是什么?
暖宝宝的袋子由原料层、明胶层和无纺布袋组成。明胶层作用是不透气,防止产品在使用前就发生反应;无纺布袋是采用微孔透气膜制作的,当去掉外袋后,内袋(无纺布袋)暴露在空气里,空气中的氧气通过透气膜进入里面。放热的时间和温度就是通过透气膜的透氧速率进行控制的。如果透氧太快,热量一下子就放掉了,而且还有可能烫伤皮肤。如果透氧太慢,就没有什么温度了。
原料层则是反应物所在层。暖宝宝发热材料主要由铁粉、活性碳、蛭石、水、盐等材料构成。
反应原理为利用原电池加快氧化反应速度,将化学能转变为热能。其中铁粉、活性碳、水、盐构成原电池的必要条件。
负极:Fe-2e-=Fe2+
正极:O2 + 2H2O + 4e-=4OH-
总反应:2Fe + O2 + 2H2O=2Fe(OH)2
4Fe(OH)2 + 2H2O + O2=4Fe(OH)3↓2Fe(OH)3 = Fe2O3+3H2O

蛭石的作用是保温。它是一种铁镁质铝硅酸盐矿物,成分为 Mg0.5(H2O)4Mg3[AlSi3O10](OH)2。暖宝宝内使用的蛭石为经过高温焙烧后体积膨胀的蛭石粉,又称保温蛭石。膨胀后的蛭石平均容重为100~200Kg/m3。因经焙烧膨胀作用的蛭石有细小的空气隔层,所以有很好的保温性能。

当暖宝宝发出热后,它在局部产生的热量将通过热传导的方式传递给相应位置的肌肤、血液,再通过血液循环流动,将热量传递到身体各部位。这也是为什么许多注意事项要求血液循环不畅的人群勿使用暖宝宝,不畅通的血液循环难以将局部的热量传递出去,从而导致局部过热。而孕妇等人不宜在腹部使用暖宝宝,也是基于相似原因:局部过热而引起子宫收缩,影响胎位。

同时由于通过外部手段产生的热量满足了人体维持热平衡所需的热量,人体自身的产热行为将适当降低,故而长期使用暖宝宝会降低人体自身的热平衡调节能力,可能会导致人体免疫能力下降等不良后果。

4.影响暖宝宝性能的主要因素有哪些?

我们在评价一个暖宝宝的性能时,主要从两个角度进行分析。恒温温度范围和保温时间。由上观之,暖宝宝的反应原理千篇一律,影响恒温温度范围的主要因素是无纺布袋的透气膜材料的透氧速率。保温时间则取决于透气膜材料的透氧速率、反应物的多寡以及保温材料蛭石的量。此外透气薄膜的材料还能够决定暖宝宝的质感及其与衣物的贴合度。

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