Номер 546, страница 74 - гдз по физике 10-11 класс задачник Рымкевич

546. Почему, если подышать себе на руку, получается ощущение тепла, а если подуть — ощущение холода?

Разница в ощущениях при дыхании и дуновении на руку объясняется несколькими физическими явлениями, связанными со скоростью и температурой воздушного потока, а также с процессами теплопередачи и испарения.

Когда мы дышим на руку (ощущение тепла)

Когда мы медленно выдыхаем воздух с широко открытым ртом, чтобы «подышать» на руку, происходит следующее:
1. Высокая температура и влажность. Воздух, выходящий из наших легких, имеет температуру тела, около $37^\circ\text{C}$, и он насыщен водяными парами. Эта температура, как правило, выше температуры поверхности кожи руки.
2. Медленный поток. Воздушный поток движется медленно и не успевает значительно перемешаться с окружающим, более холодным воздухом. Таким образом, до руки доходит теплый и влажный воздух.
3. Теплопередача и конденсация. Происходит конвективный теплообмен: теплый воздух отдает тепло более холодной коже. Кроме того, водяной пар, соприкасаясь с прохладной поверхностью руки, конденсируется, выделяя дополнительное тепло (скрытую теплоту парообразования). Оба эти процесса согревают руку, вызывая ощущение тепла.

Когда мы дуем на руку (ощущение холода)

Когда мы дуем на руку, сложив губы трубочкой, ситуация кардинально меняется:
1. Высокая скорость потока и подмес воздуха. Воздух вырывается из узкого отверстия с большой скоростью. Из-за явления эжекции (захвата) быстрая струя воздуха увлекает за собой и активно перемешивается с большим объемом окружающего, более холодного воздуха. В результате на руку попадает не чистый теплый выдыхаемый воздух, а его смесь с прохладным комнатным воздухом, температура которой значительно ниже.
2. Интенсивное испарение. Главную роль в ощущении холода играет усиленное испарение влаги (естественной влажности или пота) с поверхности кожи. Быстрый воздушный поток сдувает с руки пограничный слой воздуха, уже насыщенный парами, и заменяет его более сухим, что резко ускоряет процесс испарения. На испарение требуется энергия, которая забирается у кожи в виде тепла (скрытая теплота парообразования). Этот отвод тепла и вызывает сильное ощущение холода. Этот же принцип используется в вентиляторах для создания прохлады в жаркую погоду.

Ответ: Ощущение тепла при медленном выдохе («подышать») создается за счет передачи тепла от теплого (около $37^\circ\text{C}$) и влажного воздуха из легких к коже, а также за счет тепла, выделяемого при конденсации водяного пара на руке. Ощущение холода при резком выдохе («подуть») возникает из-за двух основных причин: во-первых, быстрая струя воздуха увлекает за собой окружающий холодный воздух, охлаждая поток; во-вторых, и это главное, она значительно усиливает испарение влаги с поверхности кожи, что является процессом, активно отнимающим тепло у руки.