被子的保暖原理知多少?能放出远红外线的石墨烯,不插电也能发热

被子的保暖原理知多少?——能放出远红外线的石墨烯 , 不插电能发热
被子的保暖原理知多少?能放出远红外线的石墨烯,不插电也能发热】世界各地都有「被子」的存在 , 例如:日本的「布团(挂け布団)」或是欧洲的「羽绒被(Duvet)」 。 日本的布团 , 使用场景通常是在相对坚硬榻榻米上 , 应对而生的布团具有蓬松、柔软的特性 。 而欧洲的羽绒被 , 传统上是在被单内填充绒毛、羽毛、棉花等材料 , 现代羽绒被则随着技术发展 , 有着更多样的填充体 。 不过 , 无论是日本的布团 , 或是欧洲的羽绒被 , 它们内部的填充都非常地蓬松 , 这是为什么呢?
被子的保暖原理知多少?能放出远红外线的石墨烯,不插电也能发热
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被子为什么可以保暖?
传统的被子之所以可以达到保暖效果 , 主要利用了两个原理——减少热量损失的「隔热」 , 与供给额外热能的「生热」 。
隔热是借助蓬松的被子 , 将人体与外界隔绝 , 以减少热量损失 。 原理是由于空气不容易传导热 , 因此传统被子在填充了具有蓬松特性的材料 , 如棉花、羊毛、羽绒等 , 增加被子内部的空气含量后 , 覆盖在人体上头 , 不容易传导热的空气便作为一层阻隔 , 达到保暖的效果 。
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动物身上蓬松的毛 , 也是为了让更多空气停留在身体表面 , 达到隔热的效果 。
其实最早研究物质绝热性能的人 , 是对19世纪热力学发展有重大影响的伦福德伯爵 。 当时他刚发现热对流现象 , 并且指出某些物质的绝热属性来源于它们阻碍了空气对流 , 到此都是正确的结论 。 不过接着 , 他却作出了一个错误的推论——他认为棉被能保暖的原因 , 是因为当中填充的材料如棉花、羊毛、羽绒等物质能够阻止热对流[6] 。
保暖不只要「隔热」 , 更要能「生热」
一件被子 , 除了做到减少热量损失的「隔热」 , 能够供给额外热能的「生热」 , 才能不只保暖 , 更让人感到温暖 。
常见运用生热原理的物品 , 比如电热毯 , 往往需要额外插电、通过电加热达到额外提供热能的效果 , 不过在使用上会有场景的限制 , 也容易有安全疑虑 。 目前也有不需要插电的方法 , 如发热被、蓄热被等 , 借助特定材质发出较多的远红外线 , 相较于传统被子也能得到更多的热 。
4~14μm的远红外线 , 更容易温暖身体
红外线(Infrared , 简称IR)又称红外光 , 是一种非可见光范围内的电磁波 , 在不同波长的区分下 , 又能分作近红外线、中红外线、远红外线 , 其中远红外线(FIR)在不同领域中的定义也有所差异 , 工程或生医领域习惯上的定义是波长在3~1000μm的电磁波 。
然而 , 并不是所有波段的远红外线都能让人体感到温暖 。 人体内分子较容易振动的波长有其范围 , 只有在4~14μm的时候[1] 。
这个分子振动产生热的概念 , 近似于微波炉加热的原理 。 微波炉是运用特定波长的电磁波 , 在炉内产生磁场 , 电子随之振动产生热 , 再经过热传导扩散 , 就能加热食物 。 特别是极性分子 , 例如水 , 会因而快速震荡、摩擦生热 , 因此含水量越多的食物加热效果会更好 。
同样的 , 只有特定波长的电磁波 , 能让人体内各种分子快速震荡 , 使体温升高 。
究竟什么材料会放出远红外线呢?
物质的组成基础是原子 , 只要不在绝对零度的物质 , 其内部原子就会产生振动 , 进而放出各种波段电磁波 , 而特定波长的电磁波强度 , 只与物体的材质与温度有关 。