<p class="ql-block">今天是2021年10月23日，霜降节气。</p><p class="ql-block">早起到校园里去遛弯儿，看到草坪上和汽车的棚顶上有好多都蒙上了一层薄薄的白霜。</p> <p class="ql-block">草坪上结霜了</p> <p class="ql-block">车顶上也结霜了</p> <p class="ql-block">随手打开手机，查看了一下当时的气温，天气预报显示的是7度！再看看昨晚的最低气温，6度！说明从昨晚到今晨，校园里的气温从来就没有达到过零度以下，但是草坪和车棚顶竟然结霜了！这是为什么？</p> <p class="ql-block">当时的天气预报</p> <p class="ql-block">进一步仔细观察可以看到，两辆汽车，一台是黑色的，一台是白色的，并排放在一起，黑色的棚顶结霜了，而白色的就没有，这又是为什么？</p> <p class="ql-block">黑车棚顶结霜了</p> <p class="ql-block">白车棚顶无霜</p> <p class="ql-block">下面我们就用传热学的理论来分析一下这两个问题。</p> <p class="ql-block">先说第一个问题，为啥外气温度没有达到零下，而草坪和车顶就结霜了呢？</p> <p class="ql-block">以一个草叶为对象来分析这个问题。</p><p class="ql-block">注意天气状况，晴朗！一定得是晴朗！不晴朗就不行。</p><p class="ql-block">在晴朗的夜空下，草叶与太空之间会发生辐射传热。太空的温度很低，遥远的宇宙深处，实际温度接近绝对温度的零度，也就是负的273摄氏度！但是由于地球周围有大气层覆盖，对于一个草叶来说，太空的作用温度达不到那么低，但是也比周围空气温度低多了！所以草叶会向太空辐射放热，如果没有热源为草叶提供热量，草叶的温度会一直降到与太空的作用温度相同！</p> <p class="ql-block">而实际情况不是这样的。当草叶向太空辐射放热，自身温度开始下降时，由于在空气和草叶之间形成了温度差，草叶周围的空气就会以对流换热的方式给草叶提供热量。而且是草叶的温度越低，周围空气给的热量就越多。</p> <p class="ql-block">当草叶表面的温度低到对流换热的得热量等于辐射放热的失热量时，草叶的温度就不再下降了，稳定在这个温度值上不变了。</p> <p class="ql-block">如果这个稳定温度低于零度，那么周围空气中含有的水汽就会在草叶表面上凝华，生成霜。这就是霜形成的机理。不要求周围空气的温度一定要低于零度，只要求草叶表面的温度低于零度即可。</p> <p class="ql-block">下面再说第二个问题，即为啥黑车棚顶爱结霜，而白车就不爱结霜呢？</p> <p class="ql-block">这是因为物体的辐射放热量与它的表面特性（具体地说就是颜色）有关。表面越黑的物体，它的发射率（黑度）就越大（注意这个说法从传热学的角度来说并不严格，不是所有的材料都是这样的，这个话题很复杂，在这里我们不去进行详细的讨论）。处于相同温度条件下的两个物体，表面越黑向外辐射的热量越多。为了使辐射的失热量和对流换热的得热量相等，黑车的表面温度就得降的比白车低，所以黑色的车顶就更容易产生结霜。这就是黑车车顶结霜，而白车车顶没有结霜的原因。当然如果室外空气温度再低一点儿，两车可能都会结霜。即使那样，黑车的结霜程度也会重于白车。</p> <p class="ql-block">这就是在霜降时节，物体表面容易产生结霜的原因。因为这个时候空气的温度已经很接近零度了，稍有一点儿辐射放热发生，物体表面的温度就会低于零度，发生结霜。</p><p class="ql-block">实际上物体表面产生结霜的过程是一个很复杂的物理过程，需要很多因素的配合才能发生。天空要晴朗（有云层会减小辐射放热量，很难产生结霜）、风速要很小（风速太大对流换热温差会减小，也很难产生结霜）、空气温度要比较低（不需要达到零度，但是要距离零度不太远，如果太远了，即使有对流传热温差，物体表面温度也不会低于零度，那也不会结霜）。</p><p class="ql-block">可见草坪上产生结霜现象是很不容易的一件事情，我们要珍惜它，好好观察，认真欣赏。</p>