户外的物理(二)蒸气压与防水透气

优游网 > 经典线路 发布于2024-11-28

导读: 粗略的说,蒸气压可以理解为气态水分子对水面的压强。液态水中的分子有逃逸的倾向,气态水分子也有回到液态水中的倾向。一般来说,这两个过程是同时发生的。当气化速度大于液化速度,宏观上表现为水在不断蒸发;反之...

    粗略的说,蒸气压可以理解为气态水分子对水面的压强。液态水中的分子有逃逸的倾向,气态水分子也有回到液态水中的倾向。一般来说,这两个过程是同时发生的。当气化速度大于液化速度,宏观上表现为水在不断蒸发;反之,则表现为水汽的凝结;二者平衡时,看起来水不再蒸发、也不在凝结,此时水气对水面的压力称为饱和蒸汽压。不平衡时称之为不饱和蒸气压。

    如图:
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    打个比方,家里的孩子总有离家出走的愿望,已经出走的孩子却想回家。每时每刻,既有出走的,也有回家的。二者速度相等时,宏观数字统计上似乎既没有孩子出走,也没有孩子回家,其实只是出走的和回家的孩子数量达到平衡而已。
    当出走的孩子越多,流浪儿密度越高,则想回家的压力越大(外面不好混了)。当流浪儿数量达到城市能容纳的最大值(饱和),每出走一个孩子,就会迫使一个孩子回家,总数量达到动态平衡。
    而上面的数值,与城里的成年人和其他小动物数量有一定关系,但是影响不大,一般可以忽略。我们可以认为只受孩子本身数量的影响。
    (孩子妈们别喷我,这只是为了形象化理解而打的比方,可不代表我冷血啊。)
    上述意思用物理概念表述,那就是,蒸汽有压力,蒸气压会促使气态水分子回归。我们把平衡时的状态称之为饱和,亦即此时空气中能容纳的气态水分子数量到顶了,不能再接受了,那么每接受一个水分子气化,就得逼迫一个水分子液化。不饱和时的蒸气压小于饱和时的蒸气压(相同温度)。可以看出,水在饱和时的蒸气压,实际上反映了水的蒸发倾向的强度,因此,饱和蒸气压可以表示液体的蒸发性强弱。
    另外,蒸气压随温度升高而升高,变化明显。
    继续打比方,如果有两个相邻的城市,一个流浪儿密度高(蒸气压大),一个低,会发生什么呢?显然,密度高(蒸气压大)的地方的孩子会向密度低(蒸汽压低)的地方流动扩散。
    应用这些原理,就可以知道冲锋衣的透气性能如何变化。之所以衣内水分子总体上是往外跑的,就是因为衣内温度一般高于外界,湿度也高于外界显然,导致衣服内的蒸气压高于外界,水分子的总体倾向是向外界移动,这就是透气性的原理。外界空气湿度越大,温度越高,则外界蒸气压越高,水分子由衣内向衣外移动的倾向越低,表现为透气性下降。这里要说明的是,户外服装的透气性,不是指的透过空气,而是特指透过水分子的特性,因为其目的是保持体表和近身衣物的干燥。
    从以上分析可知,影响水分子透气性的因素(面料不变),主要是内外温度差和湿度差。那种给面料一侧空气加压,使之透过面料以证明透气性良好的的演示实验,实际上是一种误导。先不说人体能不能给冲锋衣内提供这么大的气压,就算能,影响的也是其他气体,而不是水气分子。这也是为什么南方暖湿环境下,会发现冲锋衣透气性很不好的原因。实际上,冲锋衣最适合的使用条件是寒冷环境,内外温差大、冷空气比较干燥,此时透气性较好。当然,温度过低,会导致冲锋衣内面结霜,这一点对透气性的也有影响,不过这是另一个问题了,另行详议,不过可以这样简单来看:汗蒸气结冰在冲锋衣内侧,实际上也起到了对内层衣物及体表的干燥作用,将湿气对内层衣物(保暖层)的影响降到了最低,类似低温干燥的原理。
    再有一个误区,就是所谓的“防水透气”。其实防水性能是有的,透气性能也是有的,但是能不能在防水的同一时刻透气呢?这就值得分析了。下雨时,冲锋衣外界的湿度是相当大的,从蒸汽压的分析可知,这时候基本上透气性就可以忽略了。雨中,冲锋衣的作用就是一件雨衣,而其持续防水能力肯定是不如一件塑料雨披的。因此,我的个人观点:冲锋衣重要的是防风透气性,主要用于寒冷冰雪环境。防水什么的,防个短时中、小雨就行了,别指望太高。
    登山鞋的道理,类似。



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