这个问题可以从热传导的角度考虑。企鹅本身产生热量,羽毛会尽可能的保护热量不流失。企鹅独处时,外层羽毛保护企鹅的体温。企鹅抱团时,外层企鹅背部散热,其余几乎不散热。所以抱团取暖的原理在于减少热量散失的面积。
1.单只企鹅的热损失分析
一只企鹅分为两部分:企鹅身体和羽毛。企鹅的身体部位自发产生热量,热量由它们吃的食物转化而来。企鹅羽毛不自热,主要是起到隔热的作用,尽可能的保持热量。企鹅的身体部位是一个高温区,而它的外部环境是低温区,羽毛位于高温和低温之间,隔热效果取决于羽毛的传热系数。羽毛内层在高温下与身体接触,外层在低温下与空气接触。
所以没有羽毛的企鹅会因为热量流失过快而冻死。其实羽毛的传热系数比较低,就是不容易传热,有利于防热。我们人类喜欢在冬天穿羽绒服,因为它的传热系数低,而且能够保持尽可能低的热量。
2.企鹅内层和外层的热损失分析
正常情况下,企鹅与空乘接触的表面是有热量散失的。抱团热身后,里面的企鹅被包围,只留下上下头和脚与外界环境直接接触,大大减小了散热表面积,更有利于保温。
对于外企鹅来说,除了背部仍与外界环境直接接触外,其他部位都与企鹅接触,也减少了散热面积。企鹅之间的所有接触都可以传递热量,这样内层的高温也可以传递给外层的企鹅,从而获得额外的热源。
暖机后的外层企鹅大大减少了与外界环境直接接触的表面积,即减少了散热面积,减少了热量损失。另外,可以获得内企鹅传递的额外热量,获得的热量大于损失的热量。所以外面的企鹅不会冻死。
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