關鍵概念
天氣
溼度
生物學
化學
簡介
在“四月雨季”天氣潮溼時，你的頭髮會變得毛躁嗎？如果是這樣，你有沒有想過這是為什麼？當溼度增加時，頭髮會鬆弛並伸長，而當溼度降低時，頭髮又會收縮。事實上，頭髮長度變化的速度非常可靠，以至於它們實際上可以用作溼度計的基礎，溼度計是一種測量空氣中溼度水平的裝置。
背景
要了解用頭髮製成的溼度計的工作原理，瞭解人類頭髮的結構非常重要。（發乾是突出於皮膚表面的頭髮部分，而毛囊是皮膚表面以下的部分。）在人類發乾中，幾層扁平的角質層細胞圍繞著一層皮質細胞（構成皮質），皮質細胞又圍繞著中央細胞核，稱為髓質。扁平的角質層細胞相對堅韌，放大後呈鱗片狀，並覆蓋著一層特殊的分子（稱為脂質），可以防水，有助於保護髮絲。皮質細胞是纖維狀的，含有不同深度的色素顆粒，賦予頭髮自然的顏色。
頭髮中的主要蛋白質來自一組稱為角蛋白的蛋白質，與形成指甲的蛋白質家族相同。連線角蛋白分子的化學鍵使頭髮具有強度和柔韌性，以及對溼度可預測的反應。
材料
• 外用酒精（70%異丙醇）
• 量匙
• 小碗
• 三根長的人發（約20釐米長）
• 棉籤
• 捲尺或直尺
• 可以輕鬆切割的薄而平的塑膠片（約8.0釐米長和8.0釐米寬），例如一次性熟食容器的蓋子
• 剪刀（足夠堅固以切割塑膠片）
• 一角硬幣
• 膠帶
• 兩個小釘子
• 膠水
• 廢木塊或扁平泡沫塑膠（約25釐米長和10釐米寬）
• 錘子
• 鉛筆或鋼筆
• 吹風機
• 可以密封的塑膠盒，並且足夠大以容納其中的木塊或泡沫塑膠
• 溼海綿或小毛巾（紙質或布質）
準備工作
• 透過在一個小碗中混合一湯匙水和一茶匙外用酒精，製備25%外用酒精和75%水的溶液。
• 用棉籤蘸上稀釋的外用酒精溶液，擦拭每根頭髮。這將去除任何殘留的油脂，並使水更容易滲透到頭髮中。將頭髮放在一邊，以免丟失。
• 將塑膠片切割成三角形指標形狀，特別是等腰三角形，其中兩條邊為7.0釐米，第三條邊為3.0釐米。
• 將你製作的塑膠指標放置使其指向右側，然後將一角硬幣用膠帶粘在指標上，使其中心距離指標短邊（左側）4.5釐米。（一角硬幣的一部分將稍微突出於指標的另外兩條邊之上和之下。）
• 在距離指標左側約0.5釐米處居中，將一個釘子穿過指標。使用錘子敲釘子時要小心。確保只在可以安全承受力的衝擊並且不易損壞的表面上使用錘子。
• 搖動釘子，直到指標圍繞釘子自由且鬆散地移動。暫時取下釘子。
• 在釘孔右側約1.0至1.5釐米處，將頭髮粘在指標上。確保在開始操作前膠水已乾。
步驟
• 將指標放置在木質或泡沫塑膠底座上，約在三分之二處（約19釐米處），指標的左側距底座左側約1.0釐米。將釘子錘入指標的釘孔中並牢固地固定在底座上。確保指標仍然可以輕鬆轉動。
• 在底座頂部約2.5釐米處，與頭髮粘在指標上的位置對齊，將另一個釘子錘入底座中。
• 輕輕拉緊頭髮，使指標繼續指向右側，使其與地面平行（並與頭髮垂直）。頭髮應完全垂直，指標應完全水平指向。
• 將頭髮的自由端粘在上部的釘子上。你認為如果使用更短的頭髮會發生什麼？這將如何影響你的溼度讀數？你可能需要在膠水開始凝固時保持頭髮緊繃，使其保持位置。如果頭髮太長，請修剪末端。確保在繼續下一步之前膠水已乾。
• 接下來，你要校準溼度計，使其對應刻度上的兩個溼度極端值：0%和100%。對於0%的溼度，用吹風機輕輕吹乾頭髮，直到頭髮不再縮短（指標不再移動）。將此位置標記為0%。
• 要測量100%的溼度，請將溼度計與溼海綿或小毛巾一起放入塑膠盒中。至少等待10分鐘。輕輕標記指標位置，重新密封盒子，再等待10分鐘。繼續這樣做，直到指標位置停止變化。將最終指標位置標記為100%。
• 對於中間值，你可以將0%和100%之間的空間分成五個相等的增量，並標記20%、40%、60%和80%的位置，然後（如果有空間）將每個增量分成兩半，以標記10%、30%、50%、70%和90%的位置。你的毛髮溼度計可能實際上沒有這麼精確，但它可以給你一個溼度變化的粗略近似值。
• 使用你的溼度計測量家中不同區域的溼度水平。溼度計顯示你家中的房間有多潮溼？這與淋浴後浴室的溼度相比如何？溼度計顯示室外有多潮溼，以及這如何隨天氣變化？
• 額外：透過將其與另一個儀器（例如干溼球溼度計或電子溼度計）進行比較來校準你的毛髮溼度計。你的毛髮溼度計與這些精密儀器之間的讀數有多相似？如果它們不同，你認為這是為什麼？
• 額外：將你的溼度計放在室外避雨的地方。在幾天的時間裡，定期監測它。在“正常”的一天中，溼度會發生多大變化？暴風雨系統經過你所在的區域如何影響溼度？觀察和結果
你的溼度計是否顯示淋浴後浴室比家中普通房間更潮溼？在室外使用時，溼度計是否在更潮溼時（例如下雨時）給出了更高的讀數，而乾燥時則相反？
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在淋浴後的浴室中，如果房間很小並且門一直關著，則溼度可以達到100%左右。如果校準正確，溼度計應給出約100%的讀數。在其他房間中，溼度可能會低得多，具體取決於你居住的地方的溼度以及其他因素（例如是否正在執行加溼器或魚缸）。如果你將溼度計的讀數與另一個測量溼度的儀器（例如干溼球溼度計或電子溼度計）進行了比較，你可能會發現你的溼度計有20%到30%的不準確，但你可以使用這些裝置重新校準它以提高其準確性。
如前所述，頭髮由稱為角蛋白的蛋白質分子構成。蛋白質分子由氨基酸組成。在頭髮中，角蛋白分子主要透過兩種力結合在一起：半胱氨酸（一種氨基酸）之間的化學交聯和較弱的氫鍵。頭髮中的角蛋白有許多這樣的鍵，使頭髮堅固而柔韌。氫鍵可能會被空氣中的水蒸氣破壞，每個角蛋白都會與空氣中的水結合，而不是相互結合。事實上，這正是導致頭髮在潮溼和乾燥的空氣中分別定期膨脹和收縮的原因。
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