近期天氣反常，有時天氣炎熱，有時天氣特別寒冷，在12月底，香港天文台也要連續多日發出寒冷天氣警告及霜凍警告，這種天氣的變化令市民變得無所適從，就算多穿了衣服也是感覺到很寒冷，今日我們嘗試一起探討這個問題。
「熱」與我分手
原來我們的身體或者皮膚感覺到的寒冷，不止是因為天氣氣溫低而影響的，我們身體的熱會因為我們身處在低溫的環境而不斷流失，當熱流失的速度比身體製造熱的速度更快時，我們的身體就會覺得寒冷了。例如︰將一碗熱湯放在桌子上冷卻時，熱湯中的熱會向低溫的環境流走。這是因為周圍的環境溫度比湯的溫度低，根據熱力學第二定律，熱量會自發地從高溫區向低溫區移動，直至達到熱平衡為止。
如何把「熱」留住？
要把熱留住，好多時我們也會想起多穿幾件衣服就可行了，不過就算你穿最厚的衣服也不是百分之百保暖的，為甚麼呢？其中一個原因是與「熱傳導」有關係的。
接下來就解說一下，有關熱傳導的科學原理。當物體中存在溫度差異時，熱傳導的科學原理是基於分子運動和能量傳遞的原理。物體中的分子會不斷運動並具有能量，高溫區域的分子運動更加劇烈，平均動能較高；而低溫區域的分子運動相對較慢，平均動能較低。
這些分子通過碰撞與周圍的分子交互作用，將能量傳遞給周圍的分子，這稱為分子碰撞傳遞能量。在物體中存在溫度差異時，高溫區域的分子通過碰撞傳遞能量給低溫區域的分子，使其速度增加，繼而提高低溫區域的溫度。
不同材料有不同熱傳導性能，傳導性能好的如金屬，包括自由電子的移動，故傳熱速度加快，可做到熱交換器的材料；而金屬傳導能力最佳是銀，其次是銅、金及鋁。
絕緣材料鎖住熱量
要熱量留住，並減少熱傳導，我們可以考慮以下穿着方法，以幫助我們的身體感覺更溫暖︰
1. 分層穿着：穿着多層次的衣物可以提供更好的保暖效果。內層可以選擇吸濕排汗的物料，因為水比空氣更容易傳導熱量，一旦衣物濕了，失溫會更快，所以可以穿着一些棉質或合成纖維的衣物，以保持身體乾燥。
2. 絕緣材料︰中層可以選擇絕緣材料如羊毛、絲綢、棉花和聚合物纖維（如聚酯纖維或尼龍）等。這些材料在纖維之間通常會困留大量空氣。空氣是一種很差的熱傳導者，比金屬相差近千倍，一般而言，金屬的熱傳導率通常在10-100 W/(m．K)的範圍內，而空氣的熱傳導率則在0.02-0.05 W/(m．K)的範圍內。因此，在材料中形成空氣困留層，可以減少熱量的傳遞。這樣可以提供額外的絕緣效果。
3. 防風及防水性能︰外層可以選擇防風和防水的外套，因為風可以加速熱量的流失。當有風吹過時，它會帶走我們身體周圍的溫暖空氣，導致身體感到更冷。防風外套可以阻擋風的穿透，減少熱量的流失，提供更好的保暖效果。防水外套更可以阻止雨水滲透到內部，保持衣物和身體的乾燥，從而減少熱量流失，提供更好的保暖效果。
保持身體溫暖的關鍵在於減少熱量的流失和提供絕緣的效果。這可以通過分層穿着方法來實現，以助保持我們身體更溫暖，並可以提供絕緣效果，把熱留住。但我們亦必須依據個人的需求和天氣的狀況，調整我們的穿着方式，以確保自己處於最舒適及最佳保暖效果的狀態。
小思考，大智慧
1.為甚麼穿保暖功能衣，可以達致保暖效果呢？
2.有甚麼田東西的熱傳導能力比空氣更低呢？
3.為甚麼長跑選手跑步完只需披一張薄薄的反光布便可保暖？
參考答案
1. 市面上有些功能衣，一件衣服已提供絕緣效果、排汗，部分更具備防風和防水功能，更有一些吸濕發熱衣物使用了納米技術來增強其保暖功能。納米顆粒被添加到纖維中，這些顆粒可以吸收和釋放熱量，從而提供額外的保暖效果。可能你會反問，既然一件保暖功能衣已具備多種功能，為甚麼我們還需要分層穿着呢？這問題我不給大家答案，大家可以嘗試從你的日常體驗中找出答案。想了解更多功能衣的比較，可按此。
2. 真空是一種比空氣的熱傳導能力更低的東西。在真空中，沒有氣體分子傳遞熱能的方式，因此熱傳導能力極低，所以在真空中幾乎沒有熱傳導的發生。因此，真空是一種優良的絕緣材料，在日常生活中，被廣泛應用到一些保熱和隔熱材料中，例如︰真空隔熱煲和真空保溫杯等產品。
3. 當長跑選手完成一段長路程比賽後，因運動員的身體大部分裸露在外，這樣身體的熱量就會迅速流走，好容易便會導致體溫過低的危險。他們披上的反光布，其實是塗上一層薄薄的鋁，鋁塗層在接觸到人體皮膚時，可以反射部分體溫，防止熱量向外散發，產生隔熱的作用；此外，更會形成一個微小的空氣層，增加保暖效果。反光布還有防風功能，可以少冷風的侵入，從而提供保暖效果。因此，運動員披上反光布後，身體便能夠逐漸散熱。不過，大家切記，我們不能單靠反光布在寒冷的天氣中保暖。建議添加額外的保暖層，如保暖內衣、羽絨外套或保暖外套，便可以提供更好的保暖效果。
本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。
文：中華基督教會基灣小學（愛蝶灣）副校長郭宇田、中華基督教會基灣小學（愛蝶灣）老師馮嘉瑩
延伸閱讀：
無人機、AI、ChatGPT交融 創造教育無限可能｜星島教室
《星島頭條》APP經已推出最新版本，請立即更新，瀏覽更精彩內容：https://bit.ly/3yLrgYZ
