河北玻璃价格联盟

汽车挡风玻璃起雾,开加热还是开空调?

只看楼主 收藏 回复
  • - -
楼主
  

点击上方 科学思考,关注此订阅号


无论夏天还是冬天,阴天潮湿时,汽车的挡风玻璃都会起雾,几分钟的时间就能严重影响驾驶。为了除去玻璃上的雾气,该怎么办,该加热还是制冷?


答案很简单。夏天天热,开空调,冬天天冷,开暖气。


这篇文章,不是为了耍个嘴皮子。读完这篇文章,会对汽车玻璃“起雾”有更深入的了解,理解为什么加热和制冷都可以除雾。


玻璃上其实不是起雾

首先说明,“起雾”这个词这里用得并不科学。“雾”是用来形容空气中弥散的小水滴,一个正确的用法是描述“云山雾海”那种朦胧的景色。


网络截图 | 雾


当玻璃上出现白色的冷凝水珠时,汽车里面是没有雾的。我们将采用严谨些的表述,解释玻璃上出现冷凝小水珠的原因。


网络截图 | 大大小小的冷凝水珠


冷凝水珠为什么是白色的

如果固体的表面,不论入射光线是什么颜色,向把它们各个方向反射,就被我们定义为“白”。如果明明接受了各色光线,如红、黄、蓝,却不发出信息,就被定义为“黑”


冷凝的小水珠,形成曲率不一的反射面,向各个方向反射光线,符合了“白”色的定义。微观上是透明的,远远的来看就是白色的


网络截图 | 白糖


打碎的玻璃、空气中的浪花、很细的纤维、白糖、食盐,依据同样的原理,细看都是透明的,远看也都展现白色。


产生冷凝水珠的条件

玻璃上出现冷凝小水珠需要四个必要条件。


1. 空气足够湿

如果空气中没有水,玻璃上的水不能凭空变出来。如果空气中只有几个水分子,那也不足够产生小水珠。


汽车里面的水分有两处来源:

  • 一是为了维持正常的呼吸,氧气必须源源不断补给到汽车内部。伴随着氧气的扩散,水蒸气也源源不断向车内扩散。

  • 二是人体带来的额外水分。一个成年人如果不做剧烈运动,一天通过呼吸和体表蒸发释放的水分大约有1升多,每小时就有将近50毫升。


其中人体带来的额外水分尤为重要。人体总是充当加湿器,为“结雾”贡献最后一滴水。无论天气多冷,空气多潮湿,在人进入汽车之前,汽车里面都不会产生小水珠。


也许玻璃外面可以产生冷凝小水珠。那是露水,有不同的产生机理。它发生在很多物体的表面,而不只是在玻璃上。跟我们讨论的话题无关。


2. 玻璃足够冷

空气有个性质,温度高时,能容纳更多的水蒸气。当高温的湿空气掠过冷玻璃时,水蒸气就以液体的形式析出,附着在玻璃上。


这个“冷”是相对空气更冷。夏天,冰镇啤酒酒杯外就会产生冷凝水。冬天,0度的建筑表面也不会有冷凝水或者结霜。区别在于,啤酒杯明显比空气温度低,而建筑表面跟空气温度接近。


网络截图 | 夏天管道上产生的冷凝水


这个“冷”还是相对于湿度的。夏天同样的温度,桑拿天里水龙头管道上可以产生冷凝水,干爽的天气就不会产生冷凝水。


当人进入汽车后,刚好满足上面两个条件。

  • 人体总是在散发热量,汽车内的空气温度慢慢升高,而玻璃温度上升有限,这就造成玻璃比空气温度低。

  • 潮湿的天气,本来空气的湿度就很大,加上人体带来的水分,玻璃就足够冷得产生冷凝液。


3. 玻璃上有凝结核

我们日常环境充满了灰尘和微观的不完美,这个条件总能满足。本可以不谈这个话题,但如果谈一谈也很有意思。


在从水蒸气到液体的变化过程中,水分子会想,空气温度太低了,我要逃离,我要跳槽。那具体来说,要跳到那个槽里呢?


假如玻璃附近没有良好的凝结核,水分子放眼望去,到处都差不多呀。Offer收到100个,工资都比现在高,但它们互相就差几毛钱。选择艰难呀!再仔细想想吧。


这种到了凝结温度而不凝结的现象做“过冷”。


直到水分子发现有个地方比其它地方更好,它才会决定就跳槽到那里。或者空气温度继续降低,不能忍必须得跳槽了,就挑那个开的工资比其它都多几毛钱的Offer吧。这个被挑中的地方,就构成了一个凝结核


高能宇宙射线可以穿透玻璃,在过冷的蒸气环境下,形成有效的“凝结核”。射线路径上能形成可见的轨迹,也就是雾。有人据此发明了云室。后来又有人利用云室,第一次观察到正电子(反物质)的存在。还有人利用云室发现了中子的存在,使得原子能开发成为可能。这三个人都分别获得了诺贝尔物理学奖。听起来很容易的样子呀,为什么我不早出生一百年呢?


网络截图 | 云室内观察到的高能粒子轨迹


4. 冷凝水能保持珠状的形态。

这里的意思是,水已经凝结了,既可以形成水珠,也可以产生水膜。如果形成水膜,不会向各个方向反射光线,表现为透明而不是白色,就不会影响视线。


把水滴在固体表面上,它自发会形成一个球冠状。


接触角示意图


球冠与固体表面的夹角就是物理上说的接触角。把水滴在不同的表面,这个角度可以在0-180度之间变化。对于亲水材料,接触角接近0度,疏水材料接近180度。把不同的液体滴在相同的表面,也可以获得不同的接触角。资料显示,水在一般汽车玻璃上,接触角大概是25度。


博士期间,曾经研究把液体滴在一个光滑表面,接触角如何随时间动态变化。正常人都会觉得这还没有看蚂蚁搬家有趣。对呦,不仅无趣,而且辛苦。需要手工撕云母片,获得分子量级的粗糙度。小心翼翼撕几十片,才会有一片成功,获得一个完美圆形的铺展液滴。我也的确看到了一些让人诧异的现象,有些液滴滴到云母表面上,不仅接触角几乎为0,而且像疯了一样向四面加速发散,如万马奔腾


回到我们的主题,冷凝水产生后,如果让它接触角趋近于0,它就会完全铺展开,变得透明而不影响视线。在玻璃表面上涂抹些材料,就能实现这一点。


这些丰富的现象,与空气、水、和固体表面之间的界面能量有关,自然界倾向于维持最低的势能。


汽车“除雾”的方法

汽车除雾或者防雾的手段,本质上都是避免玻璃上产生珠状冷凝水。


方法一,夏天打开空调制冷。在空调内会产生很多冷凝液体,给空气除湿,破坏了“空气足够湿”的条件。如果湿度不太大,打开车窗,把人体贡献的水分排出到车外,也能起到类似的效果。


方法二,冬天打开暖气加热玻璃。冲着玻璃吹,把玻璃加热,破坏了“玻璃足够冷”的条件。汽车行驶中,玻璃被车外的冷空气吹着,所以需要耐心等它慢慢热起来。


最初驾车时,对汽车操控不熟练。遇到“起雾”后,打开暖气,却没有调节风向,暖风一直吹向乘客而没有吹向挡风玻璃。温度越来越高,人体蒸发越来越强烈,玻璃上冷凝水聚集越来越快。最后擦都来不及了,真正的南辕北辙呀。所以关键词的不是开暖气,而是加热玻璃


方法三,在玻璃上涂覆防雾剂。冷凝水铺展开,破坏“冷凝水能保持珠状”的条件。防雾剂市场上可以买到。其实也不用那么复杂,家里各种洗涤剂,洗衣粉、肥皂、洗发水、洗手液等,掺上水稀释,蘸着擦擦玻璃,能起到一样的效果。


本质上看,它们都属于表面活性剂。当凝结水形成后,它们就溶解在水里,降低了水和空气间的界面能量,使凝结水更倾向于在玻璃表面上铺展。所以,涂抹的洗涤剂不是改变了固体表面,而是改变了冷凝水的物理性质。


由于总是被溶解消耗,涂抹一次洗涤剂,只能奏效有限几次。好在,这些东西都很便宜而且随手可得。


之前因为泳镜“起雾”,就新换了一副。用了没有几次就又“起雾”了,真是让我有些苦恼,总不能用几次就换新的吧。最后的解决方案就是每次游泳前,抹点洗发液,然后用水冲干净。从此在水底享受前所未有的清亮。


洗涤剂可以帮助防止眼镜起雾


因为天气寒冷,或者空气污染,冬天很多人带口罩,呼出的空气到达眼镜,也会“起雾”。可以用同样的方法解决。


总结

可以通过给空气除湿、给玻璃加热、在玻璃表面涂抹表面活性剂的方法,给汽车玻璃除“雾”或者防“雾”。当再次看到汽车玻璃上白色的、密集的凝结小水珠,相信你的脑海里,会展现类似碎玻璃、云室、接触角等更加丰富的图像。


以往精彩文章:

1 辟谣:Science文章里的薄膜并不能当空调用

2 引力波那点事

3 对理想社会的遐想

4 股市荒唐

5 我要骑电动

6 冬天家里太冷,怎么办?


碰撞思想,支持原创,长按下方二维码关注订阅号,欢迎转发。



举报 | 1楼 回复