北极熊皮毛绝缘力背后的意外光学机制

[观看视频:寻找保温小贴士的北极熊] Brett Smith为redOrbit.com - 您的宇宙在线在一项具有提高人工绝缘性能主要内涵的工作中,一组国际研究人员确定了反射红外线的毛发和羽毛光可能对北极熊和其他北极动物非常温暖的冬季外套有相当大的绝缘能力

由Optics Express杂志发表的这项研究的部分动机是观察到北极熊将身体保持在98华氏度以上的温度,即使是在室外温度达到-40华氏度的寒冷冬季,特别令人印象深刻只要熊的头发覆盖厚度仅为2英寸

)“为什么我们需要至少60厘米的岩棉或玻璃棉才能在大约(华氏23度)内获得(68华氏度)的温度户外活动

“研究作者,那慕尔大学研究员普里西拉·西蒙尼斯问道

“为什么北极熊的头发比我们为住房开发的更成功

”研究小组研究了热量如何通过电磁波(也称为辐射)移动热能

此外,他们还考虑了如何通过附近分子和原子的振动来移动热能 - 这一原理称为传导

虽然羽毛和毛皮通过在下面捕获一层暖空气来保持动物温暖,但研究小组怀疑辐射可能发挥更大的作用

科学家进行了一些初步计算,结果显示两个被空气隔开的物体之间的热量损失主要是辐射,而不是传导

为了进一步探索辐射造成的热量损失,该团队创建了一个简单的计算机模型,包括一个冷热恒温器,大致模拟动物的温暖身体和外部较冷的环境

两个恒温器​​被一个空的空间隔开,其中加入了“辐射屏蔽”,可以模仿皮草外套中的各个毛发

在该版本的一个版本中,研究人员采用了所谓的黑体防护罩,它可以吸收撞击它们的所有辐射

在第二个版本中,使用了坚固的灰体防护罩

“灰色的身体也有一些反射和传播,”西蒙尼斯说

研究人员确定,随着辐射屏蔽的反射率增加,冷热恒温器之间的传热速率显着降低

插入更多屏蔽也可以显着减少能量损失

该模型表明,盾牌之间的红外光持续反向散射,像个别毛发和羽毛一样,可能是毛皮和羽毛的隔热优势的主要机制

西蒙尼斯说,动物皮毛的光散射特征也有另一个目的

这些涂层可以在远红外范围内产生有效的隔热,同时还在可见波长范围内产生白色外观

“这对生活在白雪皑皑地区的动物,如哺乳动物和鸟类特别有用,”西蒙尼斯说,并指出熊的皮毛对白雪提供温暖和伪装

就我们的目的而言,寻找减少辐射热损失的方法可能会导致新型绝缘

“这个想法是将电磁波与灰体的相互作用倍增 - 反射体,如金属,具有非常低的发射率和无透明度 - 在非常薄的材料中,”西蒙尼斯说

“它可以通过为此目的优化的多层或一种'毛皮'来完成

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