用熱力學告訴你，為什麼夏天就算再熱也絕對要「穿衣服」？

衣服還有一個重要的功能：保護別人的「眼睛」（除非你的身材跟照片中的帥哥一樣好）

夏天來了！在這種熱到爆汗的天氣裡，一定會有不少人想：「如果可以不用穿衣服的話，夏天就更涼快。」我們用熱力學的角度，帶你分析衣服的功用：除了在冬天保暖，夏天還可以幫你散熱和擋輻射。

熱，從宏觀的角度來看是物體的溫度，但從微觀的角度來看，是粒子的平均動能，包含了移動、轉動和震動。該理論的提出者是奧地利物理學家波茲曼（Ludwig Eduard Boltzmann），他最大的貢獻就是用統計的觀點，將宏觀的物理性質（例如溫度）用粒子的微觀性質（例如動能）解釋。

相信大家在國小自然都學過，熱有三種傳遞方式：傳導、對流、輻射，波茲曼的理論協助科學家用統計熱力學的角度，計算這三種熱傳導方式的相關性質。我們今天不討論背後的複雜公式，我們只需要用這三種傳導方式，定性探討衣服的散熱功用。

人體的核心溫度大概是 37 度，在大多數的環境下，體溫都比環境溫度高，因此人體是個「發熱源」。由於人體是固體，不可能用對流的方式散熱，因此我們只需要探討傳導和輻射的狀況。

人類會透過流汗來散熱，這是透過傳導的方式散熱。汗水在皮膚表面上吸收熱量，蒸發時帶走皮膚表面的熱，達到散熱的效果。

然而在多數情況下，人類的體溫是透過「輻射」散掉的，傳導反而是其次，而輻射的散熱功率和溫度的四次方成正比；也就是說，人體與環境的溫差愈大，身體的熱散失得愈快。

根據中國科學媒體環球科學的數據，人體表面積約為 1.6 平分公尺，站立的時候，有效輻射面積約為人體表面積的 0.73 倍。人體核心溫度是 37 度，體表溫度約 33 度，在 25 度的環境下，人體的輻射功率約為 55W。

55W 是多大的數字？我們拿 iPhone X 舉例，該手機的電池電量約為 2700mAh，電壓約 3.7V，如果用 55W 的功率對一個完全沒電的 iPhone X 充電，只需要 10.9 分鐘就可以充滿。也就是說，人體的輻射散熱功率，可以在 11 分鐘以內充滿一支完全沒電的 iPhone。

至於衣服，不但可以吸收身體的熱量並且散射到空氣中，還可以擋掉環境的熱輻射。衣服的顏色也很重要，淺色衣服可以更有效反射環境的輻射，不讓熱量進入體內；這也是天然氣槽會漆成白色的原因。

天然氣槽。圖片來源：Flickr

但如果考慮風的話，狀況會不太一樣。因為風會帶走人體周圍的熱空氣，帶來較低溫的空氣，並提升汗水的蒸發速度，若穿衣服的話，反而妨礙風與皮膚的接觸。

此外，衣服除了反射長波長的紅外線，也可以阻擋短波長的紫外線，避免皮膚曬傷。

結論是，衣服可以吸收並散出身體的熱量，也可以反射環境的熱輻射，並吸收對皮膚有害的紫外線；雖然在有風的環境下，衣服會降低風的散熱效率，但真的強烈建議大家要穿衣服。

如果想體驗有穿和沒穿衣服的差別，可以選個大太陽的日子，11:00 到 12:00 穿衣服曬太陽，12:00 – 13:00 打赤膊，就可以感受箇中差異了。（以上文字純屬玩笑，千萬不要真的嘗試，以免中暑和皮膚癌。）

參考資料來源：
1.《環球科學》：〈夏天也不能裸体出门的热力学理由〉
2.《維基百科》：〈路德維希·波茲曼〉
（本文提供合作夥伴轉載。圖片來源：Pexel CC Licensed）

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