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【通識】野營露宿的熱力學小科普



《敵情下睡眠技巧》文中的第五點睡墊的部分(全文翻譯請參考最下方),初版內容中,為著重於本段的重點睡墊,我僅取了“Right, smaller body is going to transfer the heat to that larger body” 這段直接進行翻譯做「熱量會從體積小的地方流向體積大的地方」,畢竟對於多數可能已經將高中物理忘光的朋友,知道「不用睡墊會失溫」這點更重要。

不過研究後我也發現這並非精準的說法,因為熱量的流動因素在於溫差,與物體體積大小無直接關連,這可能讓對物理有涉略的朋友以為我只是用Google直翻,建議改成「熱容積」。

如果參照影片原對白,我們大概可以列出幾個為什麼:

一、為什麼熱量會從量體較小的人體流向較大的地球?

二、為什麼即便在溫暖的環境中也一樣?

三、為什麼直接躺地上會失溫?

———

一、為什麼熱量會從量體較小的人體流向較大的地球?

「熱容積」的定義為一個物體上升一度所需、或下降一度所散失的熱量,地球與人體的質量差異巨大,因此地球的熱容積也大人體許多(一般物體間還涉及材質不同的「比熱」差異,但因為本文兩者質量過大,比熱可忽略)。

「熱傳導」的概念相信大家都很熟悉,就是熱量會從高溫處往低溫處傳遞,直到兩者溫度相同達到熱平衡。

因此這題你可以這樣想像,當均溫37度的人體躺在只有4度的地上,熱量會從人體往地面傳遞。


二、為什麼即便在溫暖的環境中也一樣?

因為地球的熱容積巨大,地面上升一度需要大量的熱量,因此即便是在白天如果沒有陽光特別照射,地面溫度也可能仍低於空氣的溫度,所以說即便北卡氣溫從華氏30度升至40度,地面的溫度可能仍低於氣溫許多,不過無論如何都不會高於人體均溫攝氏37度。


三、為什麼直接躺地上會失溫?

由於熱容積人體較小、地球較大,體溫下降失去的熱量遠不及傳給地面升溫需求熱量,讓兩者永遠無法達到熱平衡,人體熱量就會不斷地流逝。

寒夜之中環境缺乏熱對流、太陽輻射等外部熱量來源,讓人體無法補充熱量,最後才會導致失溫。


回到影片內所說“Smaller body is going to transfer the heat to that larger body”,這在地球與人體可忽略比熱的差距下是可以這樣解釋,其實是個通俗易懂但不太精確的說法。

你知道的1公升水的熱容量可能大於2公斤的鑄鐵鍋唷!

看到這,你頭暈了嗎?


其實我自己在這個點上研讀資料再潤飾也花了不少時間,不過我想如果你想要更深入「為什麼應該使用睡墊」背後原因,大概可以這樣理解 -

「由於地面的熱容量大,溫度不易隨短期氣溫變化而升高,其具有很強的吸熱性,直接睡在裸露地面時,人體的熱量會透過熱傳導流向地面使體溫降低。」

「特別是在低溫環境中,人體被冰冷的地面吸收過多熱量,但寒夜裡又無法從環境中獲得足夠的熱量進行補充,很容易出現失溫的危險。」

—原口稿直翻---

“We just look at the truth behind thermodynamics and how bodies transfer heat.”

「這裏,我們就來關注熱力學背後的真相以及物體間如何傳遞熱量」

“We know that the Earth is bigger than the average human being”

「我們都知道地球比人類平均質量來得大得多」

“Your mom may not have a problem sleeping right on the ground  because she's massive” 

「你老母也許因為很重,所以直接睡地上沒問題」

“But everyone else has a problem“

「但其他人這麼做可能問題就大了」

“Right, smaller body is going to transfer the heat to that larger body”

「是的,較小的量體會將熱量傳遞給較大的量體」

”It's that larger body is going to suck the heat from you which again in a warmer environment“

「所以即便在較溫暖的環境中,較大的量體(大於你)也能把熱量從你身上吸走」

”If you're in a tropical environment you're not going to need this“

「假如你在熱帶環境中也許你不需要這個(睡墊)」

”If you are in  a colder environment even out here in North Carolina this morning“

「但假如你在寒冷如北卡早晨的環境中」

”It's you know 40° now but it was 30 something degrees earlier“

「現在是華氏40度,早一點是30度(攝氏4.4度,早先是零下1.1度)」

”You will go hypothermic just from laying straight on the ground“

 「直接躺在地上將導致你體溫過低」


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