第1章 日常物理——关于热的问题
在日常生活中，我们经常会遇到各种问题，有时候我们会突然琢磨：“这是为什么呢？”例如，当用吹风机将头发吹干时、当抬头看云彩时、当使用橡皮筋时，我们都会遇到各种有关热的物理现象。在第1章的内容中，我们将会对这些日常生活中与热有关的物理问题做一下解答。
1 为什么用吹风机吹刚洗过的头发，头发马上会干？
不用说，刚洗过的头发之所以会干是因为附在头发表面的水蒸发了。不过，如果用吹风机吹吹刚洗过的头发，头发确实会干得更快。这又是为什么呢？并且干得快慢与否还要受到气候状况的限制。在朗朗晴日下，我们所洗的衣服很容易就晾干了，但是在梅雨季节的潮湿室内，衣服就很难晾干。这些条件与水的蒸发原理有什么关系呢？
气液平衡状态
把水倒入杯中，然后将杯口盖上使其处于密闭状态，结果会如何呢？让我们来思考一下！能量大、精力充沛的水分子如果窜到水面附近就会摆脱分子间力的作用，不断地飘散到空气中去。这与杯子处于密闭状态有很大关系（图1a）。密闭杯子内空气中的水分子数量会不断地增加。因为空气中的水分子为气体状态（水蒸气），所以它会自由地向四面八方飘散。在这些水分子来回飘散时，总会有一些水分子不幸地再次飘回，落入水面。当然，在一定的时间内，从空气中飘回落入水面的水分子数量与此时在空气中来回飘散的水分子数量成正比（图1b）。在空气中的水分子越多，飘回落入水面的水分子数量就越多。
当从水中飘散到空气中的水分子多于从空气中飘回落入水面的水分子时，空气中的水分子数量会不断地增加。因此，飘回落入水面的水分子数量也会逐渐增加。其中，在一定时间内，飘回落入水面的水分子数量会一直追赶飘散到空气中的水分子数量，不久就会达到它们数量相等的状态（图1c）。
即使将杯口盖上，有些能量大的水分子也会不断地从水面飘散到杯内的空气中。
随着杯内空气中的水分子不断地增加，从空气中飘回到水面的水分子数量也会逐渐增加。
不久，在一定时间内从空气中飘回到水面的水分子数量会与从水面飘散到空气中的水分子数量相等，此时达到气液平衡状态。之后，空气中的水分子数量不再发生变化。
图1 气液平衡状态之一
图2 气液平衡状态之二
当达到这种状态之后，无论再过多长时间，处于液体状态的水分子数量和处于气体状态的水分子数量都不会改变。但是，其间仍然有无数的水分子反复不断地从水面飘散到空气中、从空气中飘回到水面。因为这种状态是气体和液体处于平衡的状态，所以将它称为气液平衡状态（图2）。此时空气中的水分子数量不会再增加，因而处于饱和状态。此时的水蒸气所具有的压力被称为饱和蒸气压。
干燥的条件
从头发表面飘散出来的水分子会在头发附近来回地飘荡，当然其中有一些水分子会再次黏附在头发上。从头发中飘散出来的水分子数量与再次飘回到头发上的水分子数量的差额就是决定头发是否会干的关键。如果用吹风机对着头发吹风，含有从头发中飘散出来的水分子的潮湿空气就会被吹到一边去，这样再次黏附到头发上的水分子数量就会急剧减少，结果头发就会干得快些（图3）。当然，如果用热风吹，在一定时间内从头发中飘散出来的水分子数量会更多，这样头发会干得更快。不过，即使不用热风来吹，吹风机的干发效果也很不错。
这样一来，在潮湿的室内洗过的湿衣服不容易干的原因大家也很清楚了吧！无论有多少水分子从湿衣服上飘散到空气中，如果从周围的潮湿空气中回到湿衣服上的水分子越多，衣服就越不容易干。如果达到气液平衡状态，不管等多长时间衣服都不会干。这样的话，就只有采取这样的方法—打开窗户让潮湿的空气跑出去或者去除空气中的水蒸气（图4）。
用吹风机吹走周围的湿润空气
在一定时间内从头发中飘散出的水分子数量没有变化，但是回到头发上的水分子数量急剧地减少，所以头发会干。
图3 头发会干的原因
如果去除周围的潮湿空气，回到湿衣服上的水分子数量就会急剧地减少，这样洗过的湿衣服就会干。
图4 洗过的湿衣服会干的原因
2 如果给雪人穿上毛衣，结果会如何？
堆两个雪人，给其中一个雪人穿上毛衣。到底哪个雪人会先融化呢（图1）？估计有很多人都会认为穿上毛衣、变得暖和的那个雪人会先融化吧！
毛衣等衣服的作用是保温。因为衣服的热传递性能差，所以它具有防止身体热量向外流失的功能。雪人的衣服会防止外部的热量进入。
热传导
如果在温度高的物体和温度低的物体之间夹一个物体，那么热量就会从温度高的物体传到温度低的物体，这就是热传导。在相同时间内所传导的热量与导热物体两端的温度差T1－T2和导热物体的截面积S成正比，与导热物体的长度L成反比（图2）。表示热传导难易度的比例常数k由物体的材料性质决定，这个k被称为热导率。我们在表1中列举了几种物质的热导率，可以看出空气的热传导率的值很小。这是因为气体分子间的距离要远远大于固体和液体分子间的距离。
衣服是空气的容器
衣服中含有空气，而空气的热导率低，所以它能发挥绝热效果。或许有人就会问，“这样的话裸露在空气中也会觉得很暖和吧。”实际上，无论空气的热导率多么小，因为与肌肤接触的空气具有对流性，所以在空气的对流作用下肌肤的热量会被夺走一部分。由于直接与肌肤接触的空气会不断地被替换，所以热量会有效地从肌肤中流失。当风吹过来时，这种对流效果会更加明显。并且肌肤还会因为热辐射而散失部分热量。衣服就具有防止