我曾经在前面的博文里面说过，今年的冬天东北“贼冷”。到了最近几天，哈尔滨的户外最低气温已经降到了-32°C，最高气温也仅仅-23°C。很不幸，我所在的实验楼虽然外观设计得够漂亮，但结构却很不合理，更不幸的是，我的办公室所在的2楼举架很高（4.5米！），窗户高大，可暖气却并不好，室内的温度大概只有12~15°C吧，所以每个冬天都让我很受寒冷之苦。由于碰巧夏天的时候塑钢窗的下面出了点儿小毛病，漏了到缝，结果到了冬天就从那里往室内灌入冷风，真正让我体会到了小的时候听妈妈说过的一句老话——“针鼻儿大的窟窿，斗大的风！”今天晚上有点儿闲暇时间，就坐在比较温暖的家中，写下这篇博文，从物理学的角度分析一下为什么这么小的一个窟窿（孔洞）会有如此严重的后果。

     说“针鼻大的窟窿”，是形容孔洞很小，截面积在平方毫米量级；说“斗大的风”，却是形容风很大，估计单位时间的空气流量在升（立方分米）这个数量级，看来这两个形容都够夸张，但如果真正在漏风的地方感受一下，会觉得夸张得好，极为传神。

     其实，风的本质就是空气的流动，而自然条件下空气流动产生的根源则通常是压差和温差等，生活中的经验告诉我们，在有较大温差的场合，风一般都会比较大。在室外滴水成冰的寒冬，室内外的温差可以达到30~50°C！显然此时温差是很大的。值得我们注意的是，室内外温差虽大，但由于保持着气体的连通，所以室内外的气压却基本相同。那么室内外温度不同、气压相同会导致什么结果呢？它会导致室内外气体分子的数密度不同。学过大学物理热学以后，我们都知道，理想气体的状态方程可以写成：

                         （1）

式中P就是气体压强，k是玻尔兹曼常数，T是热力学温度，n是气体分子的数密度。做一个变形

      （2）

如果气压相同，即P₁=P₂，而室内温度T₁>T₂（室外温度），则必然导致n1<n2，即室内的气体分子数密度较低，室外则较高，按照我们前面估计的温差，初步估计室内外气体分子数密度会相差10%~20%，显然，这是一个不小的差值。

     现在我们想象，从一个不大的孔洞有冷空气进入室内，则这部分空气在进入后会和周围的较高温度的空气接触，可以互相扩散并发生热传递。在传热的过程中，刚进入的冷空气的温度会升高（其实是分子的平均速率变大），而室内附近较热的空气温度会降低（分子平均速率变小），假设只考虑热导而暂时忽略扩散效应，按照公式（1），如果先假定数密度不变，那么外来的、原来密度较高的冷空气会由于温度上升而气压升高，而室内的、数密度较低的热空气由于温度降低而气压下降，这样就形成一个“冷进热退”的态势；加上先期进入的“冷空气”随后被加热后密度降低而发生上浮的效果，这样一来就会出现在漏风孔洞附近室内局部气压偏低的环境，更容易把外面的冷空气引进来，形成较强的、吹向室内的冷风，形成了所谓“斗大的风”。由于吹入的风温度很低，即使和室内空气混合后也不容易迅速达到热平衡，所以吹到人身上会感到非常寒冷（室内的人一般衣着不厚）。需要说明的是，这种冷风吹入通常在较低部位的孔洞处发生。

      上述分析是在假定室内外温差较大、但基本没有明显气压差的情况下进行的。如果室内外存在气压差，那么气压带来的空气流动的效果可能更明显，例如，厨房在烧水煮饭的时候，会看到大量水汽从门缝冒出去，这是因为在烧水和煮饭的时候，不断有水被加热汽化，空气中的水分子不断增加，数密度是趋向于增大的，于是使得室内的气压略高于室外，所以气体可能主要是向外冒的，特别是在高处的孔洞或者缝隙，现象极为明显，但即使在此时，低处仍有可能有冷风灌入。

       以上是我对房间漏风现象的观察和分析解释，欢迎大家讨论。

麻庭光老师的新博文“烟气流动靠压差 --兼论“针眼窟隆斗大风” ”从专业的角度分析了这个现象。

http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=283767

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