冬天為什麼會覺得乾燥？| No.234_風聞

　　天氣逐漸變冷

　　不知道你們那裏有沒有下雪

　　但比雪花更普遍的是逐漸乾燥的天氣

　　洗完手過一會兒就會感到皮膚緊繃

　　説一會兒話就覺得口乾舌燥

　　（多喝熱水）

　　那這到底是為什麼呢？

　　難道温度還會影響空氣濕度嗎？

　　**Q1****為啥冬天一供暖或者開空調暖風屋裏就會很乾？**by 已經供暖的北方人er

　　答：

　　如果大家經常看天氣預報，應該聽説過“相對濕度”這個指標：

　　圖源：中國天氣網

　　如圖中所示，相對濕度

　　空氣中實際的水汽分壓該氣温下的飽和水汽壓。人的體感乾燥程度主要由相對濕度決定：相對濕度越小，空氣中水汽離飽和狀態越遠，人體表的水分越容易蒸發，人就感覺越乾燥；相反地，相對濕度越大，人就感覺越濕潤。實驗測定，人體感到舒適的相對濕度範圍約在45%和65%之間。

　　我們在之前的推送中介紹過水的飽和蒸氣壓隨温度升高而升高。那麼，對於一個開了暖氣的密閉房間，其中水蒸氣含量基本是恆定的，隨着飽和蒸氣壓升高，根據上面的公式，相對濕度會降低，人就會感到乾燥了。

　　Last but not least，冬天暖氣開得最足的華北、東北地區，屬於温帶季風氣候或大陸性氣候，冬天在西伯利亞高壓的影響下本來就比亞熱帶地區乾燥不少，與上述暖氣的效應一疊加，就有了“北方冬天特別乾燥”的説法了。

　　參考資料：相對濕度與人體舒適度

　　by Eosia Leaf

　　Q.E.R.

　　**Q2****為什麼泡茶時茶葉是立起來的呢？**by 匿名

　　答：

　　茶葉的原料是茶樹新生的嫩葉，由葉柄和葉片兩部分構成，其背面通常密生茸毛。嫩葉被採摘之後經過炒青、揉捻、乾燥等步驟製成幹茶。我們把“茶葉為什麼會立在水中”這一問題拆分成兩部分進行解釋。

　　其一，為什麼茶葉能夠懸浮在水中？這是因為幹茶密度與水密度（1g/ml）相近。儘管幹茶密度與條索緊實程度（幹茶外形）、茶葉老嫩等因素有關，但在一般情況下，其密度與水的密度相近，通常為0.7g/ml-1.2g/ml。因此，一些茶葉會先漂浮在水中，隨着不斷吸水而漸漸下沉，最後優雅地躺在杯底。

　　其二，為什麼茶葉在水中懸浮會呈現“豎立”狀態？一方面是因為葉柄密度通常比葉片密度大；另一方面則是葉片背面密生的茸毛在搗亂：水中的氣泡會吸附在茸毛上，導致葉片除了受到水的浮力之外還有氣泡提供的豎直向上的作用力，同時，密佈的茸毛還會降低葉片的吸水的速率。因此，在泡茶時，茶葉通常會以葉片在上、葉柄在下的姿態“立”在水中。

　　參考資料：

　　湯一,《炒青綠茶密度和膨脹率測定方法及其與茶葉等級的關係》

　　趙先明，《幹茶密度液體石蠟測定法研究初報》

　　by C&C

　　Q.E.R.

　　**Q3****為什麼自己用牛奶和糖製作雪糕的時候，下面更甜，上面都是冰水渣？**by 匿名

　　答：

　　冷卻均勻的溶液，最終得到的往往不是均勻的固體，而是多種組分不同的固體的混合物，這種現象稱為相分離。要解釋相分離現象，就要從熱力學中的一個重要概念——吉布斯能説起。

　　熱力學告訴我們，等温等壓的條件下，物質平衡時總處在吉布斯能最小的狀態。換而言之，等温等壓下物質有兩個傾向，一是減小自己的內能；二是增大自己的混亂程度（就像剛考完期中的我）。但是這兩個需求往往是相互衝突的，這時候，温度就扮演了裁判員的角色，温度越低，物質就越傾向於減小內能而非增大混亂程度。

　　用牛奶和糖製作的雪糕原漿，主要是水、蛋白質和糖類的混合物。常温下，物質對增大混亂度的追求占主導地位，這些組分傾向於混合在一起，形成均一穩定的溶液。但温度越來越低時，物質降低內能的意願越來越強烈，而內能最小傾向於拆散這一混合物，這是因為水分子彼此吸引，排列得越是整齊緊密，內能越低，如果摻雜了蛋白質、糖類這些龐然大物，就會顯著破壞晶格結構，使內能升高。所以，在温度足夠低時，大量水分子就拋棄了蛋白質和糖類，自己抱團結晶。水結冰後密度減小上浮，在容器上部形成冰水渣，蛋白質和糖類富集在剩下的溶液中，在濃度足夠高時裹挾着所剩不多的水分子一同結晶，這就導致了問題中所説的這種現象。

　　by 樂在心中

　　Q.E.R.

　　**Q4****如果存在一個絕對光滑的平面，膠紙能黏上去嗎？**by 回燈

　　答：

　　可以，甚至效果會更好。大家生活中應該有這樣的經驗：透明膠粘在粗糙的牆面上，一撕就下來了，但如果粘在光滑的玻璃窗上，把它扯下來需要的力就大得多。我們日常用的膠帶上那層黏糊糊的東西屬於壓敏型膠粘劑，其成分比較多樣，常見的有聚氨酯、聚丙烯酸酯等高分子材料。當你把膠帶壓到需要粘合的物體（比如我們這個平面）上時，膠粘劑分子與物體表面分子之間的範德華力將膠帶緊緊“拉住”在物體表面，膠帶就黏在物體上了！

　　圖源：貼合原理及粘接技術

　　膠帶粘性的主要來源是範德華力，因此無論表面光滑與否都能黏上去。更進一步，如果被粘物表面非常光滑，排列整齊的分子與膠粘劑分子就能達到更近的距離，範德華力的作用更強烈，粘的就更牢了。

　　參考資料：Adhesive

　　by Eosia Leaf

　　Q.E.R.

　　**Q5**為什麼奶粉的小包裝袋不透明表面內層鋁膜，而豆奶粉的小包裝袋卻是透明的，並且很薄？by 匿名

　　答：

　　二者的營養成分不同對二者的保存條件有不同的要求。

　　豆粉是大豆經過烘烤和粉碎製成的食品，蛋白質含量很高（脂肪和碳水化合物含量也很高，但我覺得你們可能並不感興趣

　　），此外還含有極少量維生素，營養成分相對單一。保存也就比較簡單，一般密封不受潮即可。

　　而奶粉營養物質就很豐富了，奶粉的製造並不會大量損失原奶中的營養成分，可以保留幾乎所有的蛋白質、礦物質（和糖類脂肪），只有維生素B與維生素C會受到明顯破壞，但即便如此，其維生素含量仍明顯高於豆粉。另一方面，人們往往會在奶粉的生產中添加一些其他營養成分，這就是配方奶粉。

　　美好的事物總是難得，營養豐富的奶粉極易變質，而使其變質的主要就是温度、氧氣以及光照。奶粉包裝袋做成不透明的樣子就是為了避免光照。光照會使奶粉中的乳脂肪氧化，氧化產物積累後又會分解為醛、醇、酮、酸等化合物，這其中的揮發性物質就是奶粉風味異常的主要原因；光照同樣會使維生素降解；乳脂肪氧化分解的醛類物質與維生素的降解產物又會與蛋白質作用加快美拉德反應進程，造成奶粉褐變。因此奶粉的生產、運輸保存都應避免光照。

　　現有奶粉通常採用金屬罐或鋁箔複合軟包裝袋包裝。奶粉開罐（或開袋）以後應在一月內食用完畢，保存時應注意在室温下乾燥環境中避光密封保存。

　　參考文獻：

　　趙春燕. 奶粉包裝保質機理及保質期預測[D].江南大學,2011.

　　奶粉的正確保存方式

　　豆粉

　　奶粉

　　by 霜白

　　Q.E.R.

　　**Q6****為什麼很長的粉筆摔在地上會摔成3段？**by 啊吧

　　答：

　　如果用更加物理的語言來描述這個問題，我們不妨把這個問題轉化為“在外力作用下，為什麼細長柱狀物體會傾向於斷裂成大於兩段”。在筆者查閲資料的時候，意外地發現已經有過一批腦洞大開的物理學家研究過這個問題。他們研究的對象是意大利麪。

　　像這樣的斷裂被稱為桿狀物質的級聯斷裂現象。事實上，不僅僅是粉筆和意大利麪，在奧運會的賽場上也出現過這樣的斷裂。

　　如果略去所有的物理推導而僅作定性的分析，我們可以將產生這樣斷裂的原因表述如下。對於桿狀物體，顯然存在一個閾值。當杆的彎曲程度（我們可以用曲率來表述）超過這個閾值時，則杆會在此點發生斷裂。而當一根彎曲的杆達到臨界值突然折斷時，在斷點的曲率會一下變為零而釋放能量。釋放出的能量就以波的形式在杆內傳播，這種波被稱為彎曲振動波（flexural waves）而這樣的振動波在杆內又會局域性地增加杆的曲率，最終導致若干個點的曲率超過閾值，像雪崩一樣引發新的斷裂。這就是為什麼桿狀物體往往不只斷裂成兩段的原因。

　　參考文獻：Why Spaghetti Does Not Break in Half.

　　by zhhjc

　　Q.E.R.

　　**Q7**假設有兩面光滑的鏡子，在兩鏡子中間發射出一束垂直於鏡子的光束，然後拿掉光源，那光束還會在嗎？by 梓蔭

　　答：

　　馬上就不在了。或許生活中的這種現象讓人以為光可以無限次地反射下去：

　　但其實光在傳播和反射過程中都不可避免地會有能量損耗，導致有限次反射後光的能量衰減到0。讓我們將這種損耗減到最小，看看會發生什麼。按問題中的條件，鏡子是光滑的，我們可以不考慮漫反射的影響（如果鏡面是凹凸不平的，光會向各個方向反射，可能會離開兩鏡面之間的空間）。假設將兩面鏡子之間抽成100%真空以避免空氣分子對光的吸收，（事實上絕對的真空是不存在的），用上反射率高達99.9%的鏡子（來自美國加州大學伯克利光電、納米結構與半導體工藝中心），發出一束完全準直的光，那麼n次反射後光的能量衰減為原來的

　　，如果原來光的輻射功率為1376 W/m²，光束直徑為1mm，經過

　　次反射後()，每秒鐘射到鏡面的能量已經小於一個可見光光子的能量，這時候這束光幾乎已經消失！如果兩面鏡子相距10m，這個過程只需1.2毫秒！

　　所以為什麼反射時光的能量會損失呢？鏡子的反光性能主要來自於銀、鋁等鍍層，以鍍銀層為例，光射到鍍銀層上銀原子吸收光子能量被激發，處於不穩定態的銀原子再釋放出電磁波，大量原子釋放出的電磁波相疊加，這就形成了反射光。然而吸收和釋放的能量並不精確相等，有一部分能量被吸收後轉化為內能，導致鏡子的反射率達不到100%。

　　by Eosia Leaf

　　Q.E.R.

　　**Q8****為什麼秋冬天氣冷，卻容易被病毒細菌感染呢？**by 柑月鮫

　　答：

　　這個問題想必提問者沒有説準確，因為秋冬季節更易感染的是呼吸道傳播疾病。對於其他傳播方式的病毒和細菌，感染能力在不同季節是沒有太多差異的，比如艾滋病這種依賴於體液和血液來傳播的病毒。

　　秋冬季呼吸道疾病的發病數量會顯著上升， 提升的原因是多方面的，這裏就列舉主要的一些原因：

　　在寒冷的秋冬，大家都會躲在室內，人與人之間的接觸會更加頻繁和長時間，會顯著提高病菌人際傳播的效率。並且室外寒冷的空氣阻擋了大家開窗通風的動力，進一步減少了空氣流通。而在大型商場和辦公室，未開啓的新風模式的中央空調，更是一個天然的病菌循環擴散器，推動了病菌的傳播（軍團菌是非常著名的例子）。

　　在大多數地區的秋冬時節，低温是和乾燥相伴而行。乾燥的空氣會讓機體的呼吸道粘膜脱水，降低它們的防護作用，提升病菌的氣溶膠傳播能力，增加感染的可能。

　　秋冬温度低，會更利於病菌的保存和傳播。在門把等暴露的表面，病毒會在低温環境中存活更久。請一定記住，低温並不會凍死病菌，尤其是病毒（實驗室的細菌凍存於-20℃，病毒則凍存於-80℃甚至液氮）。

　　秋冬更低的紫外線，會降低陽光對病菌的傷害（紫外消毒滅菌是實驗室常規滅菌方法）。

　　秋冬更低的紫外線，帶來的另外一個方面的影響，就是人體自然合成的維生素D下降（皮膚可以在紫外線的介導下將維生素D的前體轉化為維生素D），而維生素D被認為與免疫系統具有相關性。

　　秋冬寒冷的空氣會刺激呼吸道，引發流涕、噴嚏等症狀，而以流感病毒為代表的呼吸道傳播病菌都可以通過飛沫傳播。

　　在校園中，傳染病更多的爆發在秋冬而不是夏天，主要是因為秋冬要集中上課，而夏季有暑假。大量人員聚集的校園為各種傳染病：從呼吸道傳播的流感，到手足口病這種混合傳播的疾病，都提供了更好傳播的條件。

　　所以秋冬季節更易感染呼吸道傳播的傳染病，那我們只能躺平嗎？當然不是，對於流感，每年都會有流感疫苗供大家接種（流感疫苗需要年年接種）；而口罩的佩戴更是降低了傳播的能力；當然我們還需要在平時保持健康的身心狀態。

　　by 某大型裸猿

　　Q.E.R.