北极因纽特人的冰屋是如何保持温暖的?

生活在北极地区的因纽特人并没有条件建造房屋,他们在冬天就地取材,使用冰块来建造冰屋。这一点很反常识,印象中冰屋是一个冰冷的世界,为什么却能够为因纽特人提供温暖的居住环境呢?

北极冰屋图片
北极冰屋图片

为什么我们会感到温暖和寒冷

热量是一种能量形式,可以从一个物体转移到另一个物体。热能从高温区域移动到低温区域,直到两个区域的温度变得相等并导致热平衡。

  • 传导:在这里,热量通过物体之间的直接物理接触传递。它不涉及物质的字面运动,而是热能在相邻分子之间传递。如果你触摸热锅,你的手会被烫伤,因为热量通过传导从锅传到你的手上。
  • 对流:这是流体(液体、气体)中传热的主要形式。在这里,热量是根据分子的密度通过分子运动传递的。由于对流,暖空气上升,冷空气下沉。
  • 辐射:辐射是以电磁辐射的形式传递热量。它不一定需要介质,因此也可以通过真空中的辐射来传递热量。我们感受到阳光的温暖,因为太阳通过辐射将热量传递到太空。

简而言之,“热”和“冷”这两个词实际上描述的是热量本身。失去热量的物体会变冷,而获得热量的物体会变暖。所以,当你感到寒冷时,你只是在散失热量。

冰屋背后的科学

在一个寒冷的早晨,一条毯子就能够让我们感到温暖和舒适,但是毯子本身是不产生任何热量的,那么它是如何让人感觉到温暖呢?简单的说就是毯子通过防止热量从我们身体上流失。

冰屋的工作原理也与此类似,冰屋就像是一个巨大的毯子,将内部的温度限制在屋内。

建造冰屋所采用的是一种压缩雪,这些雪中微小冰晶之间形成了一些气穴,里面充满了空气,而空气是一种效果很好的热绝缘体。所以这种雪砖是能够很好地防止因为对流而造成的热量损失,也是寒冷的北极环境中建造房子的最完美材料,所以冰屋更应该被称为是雪屋

冰屋的建筑材料是压缩雪块
冰屋的建筑材料是压缩雪块

与雪不同,冰基本上是冻结的水,不含大量气穴,这使它成为一种不良绝缘体。因此,雪比冰更适合建造冰屋。

使用的雪的类型同样重要。刚落下的雪易碎且呈粉状,不能用来建造坚固的结构。因此,冰屋是通过从地面切下硬化、压缩的雪块而制成的。

经验丰富的因纽特人可以在近一个小时内从头开始建造一座冰屋。只需要一把锯子、雪和大量的技巧和技巧。

冰屋如何保持温暖?

人体将我们消耗的食物中的能量转化为热能。这种热能通过传导、对流和主要是辐射从我们的身体散失到外部环境。逸出的热量通过对流在冰屋周围移动,使内部的一些空气变暖。

由于冷空气比暖空气密度大,冷空气停留在冰屋的底部,而暖空气向上移动到结构的顶部。迎合这一点,冰屋地板被分成阶梯。上层暖层是人们睡觉的地方,中层是做饭和生火的地方,下沉的地板是冷水槽。

冰屋中的因纽特人
冰屋中的因纽特人

隔热的雪墙可以防止内部热量流失,也可以保护人们免受外面吹来的冷风。因此,冰屋利用我们身体流失的热量来调节空间的温度。

冰屋的结构会影响它的温暖吗?

冰屋的结构在限制内部热量方面也起着重要作用。

通往冰屋中央圆顶的小门和小隧道有其自身的意义。下沉的直角小隧道起到冷水槽的作用,同时也防止暴风雪和寒风直接吹入冰屋的主隔间。

如前所述,冰屋分为阶梯或房间。主室有一个用于睡觉的上层平台和一个用于其他杂务的下层平台。腔室的内部进一步覆盖有海豹皮以提高绝缘性。除了主室外,还有一个前室作为冷水槽和保存食物的储藏空间。

冰屋的内部结构图
冰屋的内部结构图

你有没有想过为什么冰屋的形状是圆顶?为什么没有立方体冰屋?嗯,冰屋的形状决定了它的稳定性。圆顶冰屋的圆顶呈悬索状。这种形状提供了结构稳定性,并确保冰屋不会在压力下弯曲或倒塌。

由于雪不是最稳定的东西,悬索状的圆顶可以均匀分布压力并增强冰屋的整体强度。事实上,一个建造得当的冰屋可以承受一个人站在上面的重量!

冰屋有多暖和?

如果建造得当,冰屋仅通过利用人体热量就可以在其内部和外部环境之间产生大约40℃的温差。

在一项研究中,冰屋中的温度可以达到16℃,而靠近冰屋墙壁的温度大约为1℃,此时外面的温度可以低到-40℃。

北极熊也会挖掘雪洞来躲避严寒
北极熊也会挖掘雪洞来躲避严寒

可见,冰屋在保温方面做的非常好,对于生活在零度以下的人来说,冰屋是一个温暖的居所。甚至北极地区的动物也会通过挖洞来利用雪的绝缘特性来取暖。

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