如何回答孩子「30℃洗澡水有点凉，30℃的气温却很热」？ 第1页

呜呜呜，给孩子买本十万个为什么吧，他会自己找答案的。

哈，准确的说法是人体皮肤的冷热感受并不仅是外界温度高低，还与热量散失快慢相关的。

外界温度相同的话，热量散失越快，人感觉越冷；热量散失越慢，人感觉越热。

比如冬天里的铁和木头，同样温度，铁会摸起来更冷，就是因为铁传热快，能够很快将人体热量带走，所以铁感觉冷。

而同样30度的空气和水，由于水的导热性更好，所以水比空气冷。

更正说明：

经几位知友斧正，冷热神经细胞是感受温度高低，而不是原答案中的感受热量散失速度，答案已修改。

至于为什么冷热感觉和热量散失速度相关，简单讲就是神经细胞位于皮下真皮处，外界温度首先降低的是表皮温度，表皮温度进而以梯度方式降低真皮温度。而外界介质若导热性好的话，会大幅降低表皮温度，故感受更冷。

详情可参见 @南囿乔木 的答案

建议可以先给孩子讲导热性理论，若孩子对皮肤为何能感受热量散失速度有兴趣，则可进一步引入皮肤温度梯度理论。

再次感谢 @南囿乔木 @哈哈 @春天的小熊 以及所有点赞支持的知友

让孩子摸摸课本，再摸摸钢尺，他会发现钢尺比课本更凉。

其实在同样环境下的钢尺和课本的温度是差不多的。

为什么摸相同温度的东西，人的感受是不一样的？

因为人感觉到的不是温度，而是体表的热量损失。

之所以钢尺摸起来更凉，主要是因为钢尺的传热能力更强，你摸钢尺的时候，他从你手上吸走的热量更多，所以钢尺要更凉。

因为人的体温大概是36.5摄氏度，所以30℃的洗澡水会从你身上吸走热量，然后就会让你觉得冷。

至于为啥30℃的气温会让你觉得很热？这里的热，不是由于处在30℃的空气中，空气向你传递了热量，而是由于处于30℃的气温中，阻碍了你的身体向外散热，所以你才会觉得很闷热。

空气的传热特性是非常差的，热导率（表示物体传热能力的物理量）只有0.023W/（mK），而水的热导率为0.6W/（mK），是空气的30倍。

所以，你在30℃的水中会感觉到清凉，而在30℃的空气中，会感觉到闷热。

如果在30℃的空气中，吹来一阵风，其实也会感觉到凉的，这是因为发生了对流传热，把热量从你身上带走了。

估计讲到这里，小朋友已经蒙圈了。

去看看知乎版十万个为什么，放松一下吧。

这是人体的红外温度图，越亮的地方，温度越高~

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  bj365 网友的相关建议: 
      

人体在110度的桑拿房可以坚持17分钟（桑拿浴世界锦标赛_百度百科）。

但是让他进去100度的热水里，1分钟就得死，5分钟就成水煮鱼了！

因为水的比热容远大于空气。

单位时间内水能传给你的热量远远多余空气。

人通过皮肤感受冷暖，当皮肤温度是33℃时，刚好能感受到寒冷。

在30℃的空气中，你的皮肤温度是35.49℃，所以你会觉得热。

而在30℃的水中，你的皮肤温度是30.39℃。你不仅会觉得冷，而且比在空气中冷很多。

探讨和计算过程（成年版回答）：

人体核心温度，主要由大脑、肌肉，以及内脏产生。尤其是在静息状态下，内脏产生的热量最多，达到56%，又以肝脏为最。

人体对温度的感受

人体核心部位的热量，从内到外传递到外，会形成温度梯度。所以皮肤温度，会介于环境和核心温度之间。

而人体的温度感受器，正是位于皮肤中，靠近表皮的位置：

当皮肤温度低于13℃，超过50℃时，人体以痛觉为主；

在33~46℃的范围内，只有温觉；

温度低于33℃时，冷觉感受器被激活，同时感受温觉和冷觉。

在30℃的气温下，人体皮肤温度是多少度？

当人在室内无风，处于静息状态时，机械功为零，所有的新陈代谢能量，全部转化成热量释放出去：

• 是人体新陈代谢的总热功率， 是呼吸总散热功率， 是皮肤总散热功率。

人体热功率

直立状态下，人体新陈代谢率为^[1]。

根据许文生氏公式：

可得，170cm，60kg的人类表面积为： 1.65m^2。

我们再乘以代谢功率，就得到了静立状态下，人体新陈代谢总功率：

也就比一个100W的灯泡功率高那么一点点。

呼吸散热

呼吸散热包括呼吸蒸发散热，直接呼出和吸入的热量差值。

由于呼吸散热的值相对不高，且这不是本篇讨论的重点，不做深入讨论。

• 想看具体计算公式的，可以移步这一篇回答：

我直接给出呼吸散热的计算结果：

也就是说，在30℃环境下，通过呼吸散掉的热量为新陈代谢总功率的3.336%，差不多正好是1/30，不到5W，能点亮一盏小台灯。

剩下的29/30的热量，都是通过皮肤散发的：

皮肤散热，包括三个部分：

• 人体辐射散热
• 空气对流散热
• 汗液蒸发散热

热辐射

根据斯特藩-玻尔兹曼定律，物体对外的辐射通量（单位面积对外的辐射功率）为：

• 为辐射系数，人体约为0.97
• 为斯特藩-玻尔兹曼常量，取值
• 为热力学温度

人体损失的辐射热功率，等于向外热辐射减去接受到的热辐射，即：

为皮肤温度， 为空气温度， 为人体表面积。（下同）

空气对流散热

根据牛顿冷却定律，物体表面的对流换热为：

为空气对人体的自然对流系数，有经验公式^[2]：

也即：

蒸发散热

30℃静息状态下，一般不会出现汗液流下的情况，皮肤上的汗液总是能蒸发，那么：

皮肤蒸发热功率：

• 为水在30℃的汽化潜热， 2426.7 kJ/kg；SW为皮肤出汗速率。

有经验公式^[3]：

此处 是皮肤的摄氏温度。

带入数据，得：

◆考虑整个人体的皮肤散热平衡，有：

带入空气温度，于是得到体表温度为：

308.64K，也即35.49℃。

这个温度高出体表舒适温度2.5℃左右，所以人体会感到热。

在30℃的洗澡水中，人体皮肤温度又是多少呢？

当人泡在30℃洗澡水中时，有同样的热平衡，只不过水的自然对流换热系数比空气大得多，甚至能超过100倍。

水的自然对流系数为：200 ～1000W/m^2·k。

它的大小主要受水的流速影响，在人体静息状态下，我们可以取值200W/m^2·k。

在低于33℃的水温中，人体几乎不发汗，汗液带来的热量流失忽略不计。

那么，此时的热平衡有：

易得，人体在水中的皮肤温度为：

303.54K，也即30.39℃。

这个温度，十分接近水体的温度，比33℃这个人体产生冷觉的温度低了2.61℃。

最后我们得到这样的结果：

人在30℃的空气中，比起在水中，皮肤温度低了：

35.49-30.39=5.1℃

如此大的温度差，对于人体来说，是相当明显的。

• PS：以上计算结果不随人体表面积变化而变化，小孩同样适用。但由于每个人新陈代谢功率以及肥胖的差异，具体到每个人的体表温度，会有细微差异。

由于这是需要给小孩的回答，最后再总结下

对于年龄足够小，只知道温度的孩子，用本篇开头的三句话回答就足够了。

对于理解能力够好的小学生，可以告诉他空气和水都是流体（会流动），水的密度大得多，在流动的过程中，相同温差下，水流动带走的热量比空气多得多。

对于初中的孩子来说，则可以向他科普牛顿冷却定律。

理想状态下的牛顿冷却定律，中学生足以理解，当他明白水的对流换热系数远远大于空气时，本问题也就解决了。

当然，告诉孩子水的导热系数更大，也是可以的。毕竟，液体自然对流换热系数和导热系数是有关联的（本质上是因为热导产生液体的冷热对流，从而进一步增加热量流失）。不过，仅仅科普导热系数，无法定量分析。

对于物理足够好的高中生，那么就可以直接上成人版回答了。

注意：你可以给孩子说一开始接触水热量流失更多更快，但千万不要说，长期待在水中，流失的热量更多更快。

人体从空气进入水中，的确会在入水的刹那，热量流失更多。如果是一直待在水中，流失的热量是大致相等的。因为人体热量平衡时，总热量的流失只和新陈代谢有关。而温度变化范围不是很大时，人体新陈代谢功率变化不大。

除此之外，家长也可以拓展孩子思维，问他：

对于30℃的气温，人一定会感到热吗？

答案当然是否定的。

影响人体温度的因素除了环境温度外，还有衣物隔热、空气湿度、空气流速、太阳照射（其它热源）等等。

当吹大风，形成强制对流，空气对流系数可高达100W/m^2·k。

足以让皮肤温度低至31℃，让人感受到冷。

• 我们不难发现，哪怕吹大风也依旧没有水中冷。

所以，要「30℃洗澡水有点凉，30℃的气温却很热」的问题成立，需要限定条件。

• 例如：室内、无额外热辐射、无额外空气流动、皮肤裸露、空气湿度50%（人体平均舒适湿度）。

当然，家长也可以传承知乎传统，先问孩子：

先问是不是，再问为什么。

参考

1. ^ 魏润柏. 人体与环境热交换计算方法[J]. 人类工效学, 1995, 001(002):39-42.
2. ^ 王艳, 王艳, 龙恩深,等. 人体表面对流换热系数的理论研究[C].全国通风技术学术年会. 中国建筑学会, 2015.
3. ^ 人体热量平衡模型及其在人体舒适度预报中的应用[J]. 大气科学学报, 2001, 24(3):384-390.