你是否通過頭部失去了大部分熱量?

你是否通過頭部失去了大部分熱量?
除了手腳之外,你不可能比身體的其他部位更容易失去頭部的熱量。 泰勒麥肯齊

當天氣開始降溫,冬季衣服在我們的衣櫥裡進入旋轉時,會出現一些奇特的組合:短褲和圍巾; 丁字褲和夾克; T恤和帽子。 最後一句經常用一句古老的諺語來解釋:你的頭腦中失去了大部分頭腦。 但事實上,科學家們知道這是不真實的。

首先,讓我們回到熱交換的基礎知識。

人體熱交換由物理原理,身體形狀和大小的變化以及生理控制機制(例如改變的皮膚血流,顫抖和出汗)的組合決定。 這些相互作用維持穩定的深部體溫,通常剛好低於37°C。

生存的極端 據報導,當13.7°C和46.5°C溫度低於35°C或高於40°C時,您可能會感到痛苦和不適。

物理原理

超越身體,通過乾燥路徑(輻射,對流,傳導)和水分蒸發在所有物體之間交換熱量。

對於乾燥路徑,熱能從較熱區域移動到較冷區域,其交換速率取決於這些物體之間的溫差。

對於蒸發冷卻,水分子離開潮濕的表面進入較少潮濕的空氣,與它們一起加熱。

這些是熱交換的首要原則。

體形和大小

較大的表面可能會更快地損失熱量。 然而,大質量具有更高的熱穩定性,並且抵抗溫度的快速和顯著變化。 因此,表面積和質量之間的相互作用提供了另一個第一原理:任何物體的溫度變化由其表面積與其質量的比率決定。

因此,晶圓薄矩形棱鏡可以非常快速地損失熱量,而球體具有最小的表面積與任何物體的體積比,可以提供最大的熱損失阻力。 因此,人體頭部的相對球形形狀使我們在第一原理科學的基礎上挑戰熱量損失神話。

你是否通過頭部失去了大部分熱量?
toco toucan的喙讓鳥兒快速冷卻下來。 Flickr的/布倫特

但是我們不能忽視皮膚血流的生理控制,因為這是熱量被傳遞到皮膚以便消散和出汗的方式,這有利於當空氣比皮膚更熱時熱量損失。

有很多例子說明自然選擇如何導致生理變化以支持溫度調節。 採取toco toucan:這種鳥的大面積表面積與血液供應相結合 非常有效的散熱。 這同樣適用於大象耳朵。

在人類中,最接近的等價物是 手腳.

生理控制

頭部不是理想的散熱器,即使其表面有許多血管,因為它的皮膚血液流動 沒有顯著變化 當一個人要么舒服地休息,要么大幅度地冷卻。 即使有人有 危險的高溫,頭部皮膚的血流量增加遠遠少於 手腳 對於相同的加熱刺激。

此外,大多數頭部都有大約50%的頭髮覆蓋率,可以捕獲空氣並隔絕熱交換。 雖然(遺憾的是)並非所有的頭都符合這種概括。

頭部也不適合蒸發冷卻。 雖然額頭是 最多產的 當我們休息時,每單位面積的汗液分泌部位,從髮際線內的部位出汗 這一比率的一半.

你是否通過頭部失去了大部分熱量?手套和襪子有助於保暖。 K Hatanaka

事實上,頭部代表 僅約7% 體表面積因此對休息時全身蒸發冷卻的貢獻僅為10%,小於手,背,大腿和小腿的影響。 雖然這種熱量損失在運動期間會增加三倍,但它仍然可以解釋 只有13% 總蒸發量。

因此,即使頭部的溫度使其非常適合於失去熱量,它的幾何形狀或其對加熱或冷卻的生理反應也不會使其成為熱量損失的關鍵部位。

遮住頭部對於保持溫暖並不比覆蓋大多數其他身體部位更有效。 換句話說,除了你的手腳之外,你不會比你身體的其他部位更容易失去頭部的熱量。 因此,戴上手套和襪子是最好的選擇。談話

關於作者

Nigel Taylor,熱生理學副教授, 臥龍崗大學

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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