前面说过,人们对冷与热的研究,首先是从感觉开始的,并逐步发展到它的数值表示的量度、单位、测定的仪器等。这个过程中,感觉所涉及的热现象也可以说是功不可没。不过感觉仅仅是感觉,当我们知道了冷与热的实际量度标准——温度时,再来看感觉,便可发现感觉到的与实际上的现象并不那么完全一致。
在寒冷的冬天里,冰雪季节里的农家一般都在卧室里烧上了炕灶,从而使卧室里温暖融融,而没有取暖设备的门厅则相对室温较低。当你在卧室里呆了好久而后出门厅时,感觉到的总是冷,至少也有几分凉意,不过,你可别怨门厅太缺乏温暖。你若在外面的冰雪世界中玩赏了许久后进入门厅,便会立刻觉得暖融融的,无比舒服。同样是门厅,按理说温度是一样的,它也不会自己由冷变热,那为什么感觉却是冷与热的截然相反呢?
原来,人和动物对热现象的触觉,虽然归根结底是与温度这个物质的内在属性相紧密关联,但并不是直接感觉到温度,而是与物体与人体表皮的热交换直接相关。温度比人体表皮温度高的物体,接触时能量就会从物体传给表皮中的热传感器,传到中枢神经系统,便形成了热的感觉;反之,温度比人体表皮温度低的物体,与表皮接触时能量就会从表皮传向物体,中枢神经系统得到的就是冷的信息,可见,冷与热定性地说,仅仅是所说的物体与人体的相对温度高低,温暖的卧室里的人进入门厅,表皮温度较高,而雪地里的人进入门厅,表皮温度较低,故而会形成冷与热的相反的感觉。
人的感觉所区分的冷、凉、热、温暖,实际上是对环境或物体与表皮温度相差的大小的粗略分辨。如果温度是大大低于表皮的,表皮传给物体热量的速度就因温差大而快,失去热量速度快在表皮传感器的反映下便是冷了;如果物体温度只是稍低于表皮的温度,那么,由于温差较小,表皮失去能量的速度就相对慢得多,人体所感觉到的冷的程度因而也就轻得多,仅仅是感觉到凉爽而已。反之,如果环境或物体温度远高于表皮的温度,它们与表皮接触时,大量的热量就因为温差大而以较快的速度传递给表皮,热或者说烫的感觉便极为明显了,而温度只略高于表皮温度的物体在与表皮相接触时,温差就较小,能量传递给表皮的速度就较慢,我们就不会感觉到烫,而只是觉得温暖了。
可见,温度的高还是低,温差是大还是小,是我们感觉冷与热的界限以及冷与热的程度的直接原因。不过,我们有时接触到某些物体,比如是一块铁块与一块木头,有时总觉得铁块比木头凉,或者总是铁块比木头烫,然而测量它们的温度却完全一样,这又是为什么呢?
原来,虽然铁块与木头与表皮的温差是一样的,但接触后的很短时间内,表皮与铁块和木头都会发生热交换而影响接触点的瞬时温度。由于铁块是热的良好导体,传热性能好、传热速度快,而木头则传热慢、传热性能差,是热的不良导体,因而表皮传给铁块的热量就比传给木头的热量容易疏散,瞬时升温就会低于木头接触点的瞬时升高,从而就以较大的温差而容易从表皮更快地获取热量,从而给我们的感觉是同样温度的低温铁块比木头要凉。同样,较高温度的等温铁块与木块,则由于铁块易于传热,热量就容易从各处传给接触点再传给表皮,因而表皮吸收热能的速度较快,感觉也就是铁块比木头更烫了。
现实生活中的热现象及人们对热的感觉还不胜枚举,有的相对较简单,有的则较为复杂。不过掌握了热力学第零定律及温度定理,我们就会把握住热与冷的奥妙,为我们理解这千奇百怪的热学现象打开了方便之门。