隨著“一盔一帶”安全守護行動的有序推進，警察叔叔們積極勸導、引領人們在騎行時佩戴頭盔，市場上也迎來了一股“頭盔熱”。戴頭盔可以大大減少交通事故的死亡風險，保護人們的生命，還能讓你成為這條街（gai）上最靚的仔~

柯南和世良真純的頭盔 來源：名偵探柯南劇照

小編也為騎著小電驢上下班的母親大人買了一頂粉嫩可愛，blingbling的頭盔，可是母親大人在開開心心地戴了第一次之後，就提出了強烈抗議。

生命如此寶貴，道理人人都懂，可是，為什麼大家都不那麼願意佩戴頭盔呢？

對此，母親大人表示戴頭盔就像“享受”了一次燙髮洗髮頭部桑拿三合一服務，體驗極其酸爽，除了不具備美容功效！不願意戴頭盔的背後，究竟是對小編一片“孝心”的踐踏（╬￣皿￣），是親情的淡薄？還是。。。果真另有其因，戴頭盔又悶又熱？

真相…永遠只有一個！小夥伴們和小編一起來推理推理，首先了解一下人體散熱的四種方式（四種？熱傳遞不是隻有三種嗎？小編是不是熱傻了？）。

真相只有一個 來源：名偵探柯南劇照

熱輻射（thermal radiation）

自然界中的一切物體都在不停地以電磁波的形式向外輻射能量，由於熱的原因而產生的電磁波輻射稱為

熱輻射

其中 σ 為斯特藩-玻爾茲曼常數，約為 5。639 × 10-8W/（m2·K4），T為黑體的熱力學溫度。

黑體是一種理想化的輻射體，能夠吸收外來的任意波長的輻射能量。

黑體的小孔腔模型 來源 | wiki

對於實際物體，輻射功率可以表示為：

其中 A 為物體表面積， 稱為發射率，能夠衡量物體表面以熱輻射的形式釋放能量相對強弱的能力。物體的發射率等於物體在一定溫度下發射的能量與同一溫度下黑體輻射的能量之比。對於人體，人體面板的發射率非常接近 1。0，約為 0。98。

人體輻射大部分以紅外線的形式散發 來源 | wiki

當熱輻射的能量投射到物體表面時，和可見光一樣，也會發生吸收、反射和穿透現象。物體對不同波長輻射的吸收具有選擇性，為了方便計算，往往認為物體對輻射的吸收與波長無關，並把這樣的物體稱為

灰體

其中 為吸收率，為物體吸收的能量與相同溫度下黑體吸收的能量的比值。

根據

基爾霍夫熱輻射定律

人體的核心溫度約為37℃，體表溫度約為33℃，標準男性和標準女性的體表面積分別約為 1。7m 和 1。5 m，人體站立姿態時有效輻射面積約為體表面積的 0。73 倍，環境溫度為 25℃ 時，標準男性和標準女性各自的淨輻射散熱功率約為 60 W 和 53 W。

對流（thermal convection）

在溫度差較小，傳熱機制保持不變時，可以使用

牛頓冷卻定律

其中 P 為人體傳熱的功率，A 為人體表面積，T 為人體熱力學溫度，Tenv為環境熱力學溫度，h 為傳熱係數，與流速有著密切的關係，這裡假定 h 與溫度無關。

人體對流係數無風時約為3。4W/m-2·k-1，室溫 25℃ 時，同上考慮到人體站立姿態的有效表面積，得到

標準男性和標準女性各自的對流散熱功率約為34 W 和30 W。

傳說伊斯蘭教的教主穆罕默德有一次指著遠處的大山對周圍的教徒說：“我只要念幾句咒語，這座山就會移到我面前來。”許久過後，大山還是一動不動。為了緩解尷尬，挽留自己的尊嚴，穆罕默德就騰騰地跑到山跟前，說出了那句名言：“山不來就我，我便去就山。”這個故事從運動的相對性角度來看，把山看做風，可以知道，

如果風沒有吹過來，我們可以自己動起來，增大對流以及散熱。我們透過製造強制對流，比如吹電風扇，來增加相對風速，可以達到在炎炎夏日降溫的作用。

熱傳導（heat conduction）

可以用

傅立葉熱傳導定律

其中 κ 為熱導率，ΔT 為溫度梯度，ΔS 為物體的接觸面積。

許多情況下，只考慮一個方向的熱傳遞，於是有一維情況的傅立葉熱傳導定律：

由於空氣是熱的不良導體，因此幾乎不會發生傳導，一般情況下我們可以忽略人體的傳導散熱。

蒸發散熱（evaporation）

除了

對流、傳導、輻射

人體與外界熱量傳遞 by 夢乙

人體的蒸發散熱分為兩種形式：

不感蒸發和發汗

透過肺部的不感蒸發

發汗即指水分聚合成了肉眼可見的汗滴。在汗液由液相蒸發為氣相的過程中，會吸收大量的熱量，稱為

液氣相變的潛熱

從微觀上看，液體分子的熱運動動能各有不同，只有動能較大的分子能夠克服其他粒子的吸引作用逸出液體，在克服吸引力做功的過程中，會消耗掉液體的一部分內能。

液體蒸發微觀圖 ［17］

當我們走出泳池的時候，微風拂過，加速了身體表面水分的蒸發，因此感到陣陣涼意。人們在中高強度的運動時，僅頭部的蒸發散熱量就達10。3-38W，隨著運動強度的上升，頭部的散熱量會有所增加。與前面得到的輻射散熱和對流散熱功率相比，運動時頭部在散熱中起到了很重要的作用。

液體蒸發微觀示例［18］

人可以透過全身蒸發散熱。汗液中的水分含量高達99%，在運動時，能夠大量出汗，藉助汗液的蒸發保持高效的散熱。

體質人類學對人類的起源的一個假說與此相關：人類面板的裸露是為了更好地散熱。

人類起源假說［19］

像狗狗、獵豹等動物，面板上的大多數汗腺的分泌物以蛋白質和脂肪為主，水分含量很少，降溫效果很差。

獵豹是陸地上跑得最快的動物，但是最多隻能跑3分鐘，一個重要的原因是獵豹

無法很好地散熱，長時間跑步會使獵豹體溫驟升，損傷大腦等重要器官

當我們戴頭盔時，究竟發生了什麼

戴上頭盔時的熱傳遞 by 夢乙

對於沒有開孔或通風不良的頭盔，可以把頭盔內殼與頭皮之間的空間模擬為一個封閉腔，頭盔的舒適內襯看作封閉腔中的一個物體。

對比前面提到的黑體的小孔腔模型，我們構造出的封閉腔也可以看作一個理想的黑體，只不過輻射不是來自外部，而是來自封閉腔的一個表面——頭皮。另一方面，

頭盔可以阻擋一部分的太陽輻射

在封閉腔中，僅在腔記憶體在區域性的小對流，

腔內的空氣與外界缺乏有效的對流

人們在較為炎熱的天氣裡騎車，或進行劇烈運動時，頭皮大量分泌汗液。小編決定使用一個最簡潔優雅的式子來

模擬汗水的蒸發

其中 P 為水蒸氣分壓，m 為單個分子的質量，kB為玻爾茲曼常數，T 為汗液的熱力學溫度，N 為分子數。這個方程描述了

單位時間內從單位面積汗液中逸出的分子數目

由於缺乏有效的空氣對流，封閉腔內的空氣無法得到有效的更新。隨著汗液的蒸發，空氣中的水蒸氣分壓不斷增大，汗液的蒸發速率越來越慢，無法透過相變帶走足夠的熱量。

尤其在極為炎熱的天氣裡，環境溫度高於面板溫度時，人體實際上會透過對流、傳導、輻射獲得熱量。

汗液難以蒸發［20］

一些研究使用出汗的頭部模型，對戴頭盔與不帶頭盔的頭部模型進行了溫度測量。

在環境溫度保持在20。5±0。5℃，頭部面板溫度保持在30。5±0。5℃時，對於不戴頭盔的頭部模型，

蒸發熱傳遞佔頭部總熱損失的51％–53％左右

一項實驗中五組頭部模型的溫度（BH為不戴頭盔的模型，其餘四組為佩戴不同頭盔的模型）［7］

那麼，如果在頭盔頂部加幾個通風口是不是就不會那麼熱呢？

在一項研究中，分別對戴有

前後開口、側面開口、不開口的全盔和不戴頭盔

對於全盔，即使增加開孔，也只會少量增加開孔，不會像腳踏車頭盔一樣，擁有大量的開孔。二者設計的不同，與騎摩托車與腳踏車時騎行速度，公路條件，運動強度的差異有關。全盔上設計更為合理的開孔，能夠幫助增加騎行過程中頭部的散熱。

摩托車全盔和腳踏車頭盔［20，21］

至此，戴頭盔會使人感到悶熱遭到實錘，小編媽媽表示大有冤情。

漫漫頭盔路

儘管頭部的面積相對較小，但頭部是最容易受到熱刺激的區域之一，也是實現熱舒適的最重要的身體部位之一。戴頭盔導致的頭部散熱的減少、汗液的積累給人一種潮溼的感覺，會導致不適。一項對來自24個不同國家和地區的人的調研中，有七分之三的人由於感到悶熱而不戴頭盔。

另一方面，研究表明，在炎熱的環境中，頭盔確實會影響區域性面板溫度和出汗率，但不會影響更一般的生理引數，如核心體溫、心率，與中暑也沒有直接的關係。

生命誠可貴，小編還要嘮叨幾句，為了安全，各位騎行的小夥伴要記得佩戴合適的頭盔，成為這條街（gai）上最靚的仔。

頭盔的分類 by 夢乙

小編給母親大人買的是保護效果最好，但也最悶的全盔（向母親大人求饒~）。其實照母親大人騎小電驢的速度（龜速…）來看，完全沒有必要買全盔，半盔即可滿足基本的安全保障。看來是小編買頭盔時考慮不周，我準備重新整裝再次出發，為母親大人買一個透氣性好一點的頭盔（保護效果會因此略有下降），比如（粉嫩可愛的）半盔，重新踏上勸說老母親戴頭盔的艱辛之路…

參考文獻：

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［14］ https：//en。wikipedia。org/wiki/Black_body

［15］ https：//en。wikipedia。org/wiki/Black-body_radiation

［16］ https：//engineer-educators。com/lessons/3-heat-transfer-from-the-human-body

［17］https：//sites。google。com/site/svgphysics/topics-2013——2014/evaporation-and-boiling

［18］ https：//www。toppr。com/content/story/amp/evaporation-94909/

［19］ ted-ed：Why do we sweat？

［20］ https：//cdn。dribbble。com/users/742615/screenshots/3293621/droppen。gif

［21］http：//www。suomy。com/it/collezioni/racing-collezione/sr-sport/scheda-srsport。html

［21］https：//cn。hibike。com/met-crossover-p12fbae53718181de2213464ffe02f27e

作者：夢乙

審校：林曉

編輯：aki