Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - [89]
Как мы теряем тепло? Путем прямой теплопередачи от тела через кожу и одежду в воздух; через испарения с поверхности нашей кожи; через конвекцию и тепловое излучение всего, что на нас надето. Во время физических упражнений около половины тепла тела теряется за счет испарений (мы сильно потеем), 10 % уходит за счет теплового излучения, а около трети теряется за счет теплопередачи и конвекции[295]. Но всё зависит от погоды. В прохладный ветреный день, когда вы едете на велосипеде или совершаете пробежку, холодный воздух обдувает вас, забирая почти половину вашего тепла в результате конвекции, поэтому в такую погоду надо защищаться ветронепроницаемой одеждой. Даже если на вас надето несколько слоев одежды, ее внешний слой не должен быть проницаем для ветра, чтобы снизить тепловые потери в результате конвекции. (Если вы любите спать с открытыми окнами, одеяла, которыми вы укрываетесь, выполняют ту же работу. Они не просто снижают скорость потери тепла, но и уменьшают конвекцию от верхнего одеяла в воздух, который вас овевает.) В жаркий и влажный день вы не будете терять много тепла за счет испарений от вашего тела, поскольку воздух и так насыщен влагой. Поэтому вы включаете вентилятор, который усиливает конвекцию и охлаждает вас. В холодный, но сухой и безветренный день половину тепла вы будете терять из-за излучения. Поэтому в такие дни лучше надевать несколько слоев одежды, чтобы снизить теплопередачу от тела к верхнему слою одежды, откуда тепло будет уходить в результате излучения с поверхности.
Морозным утром вы обычно тянетесь за своим самым теплым пуловером. Но что такое теплый пуловер? Наверняка он сделан из шерсти, вероятнее всего, овец-мериносов, которая отличается особым согревающим эффектом. Шерсть хорошо впитывает влажные испарения (особенно воду); она наиболее гигроскопична (способна к поглощению воды) из всех натуральных волокон. Шерсть овец-мериносов часто используется в нижней спортивной одежде (термобелье). В ней много тонких и пушистых волокон, поэтому она лучше хранит тепло, чем шерсть обычных овец.
Когда шерсть встречается с водой, она проявляет экзотермичность, выделяя тепло. Она превращает пот в тепло в силу трех своих свойств. Помните, мы говорили о том, что молекулы воды полярны, поэтому притягиваются к вещам на манер магнитов? Они легко проникают в волокна шерсти и прилипают к ним своим водородным полюсом, встраиваясь в корковый слой (ячеистую структуру в центре волокон) и создавая водородные связи. Когда благодаря этому молекулы оказываются связанными между собой, они становятся более устойчивыми и выделяют энергию. Именно она частично и согревает ваше тело[296].
Второй «согревающий» эффект шерсти заключается в том, что она приостанавливает самоохлаждение организма. И происходит это за счет того, что шерсть хорошо поглощает и удерживает влагу с нашего тела. И наша кожа остается сухой (а не влажной, как в одежде из нейлона или полиэстера). Это важно, поскольку потоотделение у человека – по сути механизм охлаждения. Когда вы потеете и пот остается на коже, по мере его испарения тело будет охлаждаться независимо от того, нужно это ему или нет. Поскольку шерсть отлично впитывает пот, на коже остается в лучшем случае ничтожное количество влаги. В результате испарений становится меньше, и наше тело не так быстро охлаждается.
Есть и третий согревающий эффект шерсти. По мере того как пот конденсируется в удерживающих воду волокнах шерсти, он из газообразного состояния (испарения) превращается в жидкость, отдавая тепло воды. Откуда оно берется? Когда вы разбиваете лед, чтобы сделать из него воду, или греете воду, чтобы превратить ее в пар, температура исходного вещества поднимается не линейно. Она какое-то время растет, а потом движется по горизонтальной прямой во время смены своего состояния – изо льда в воду и из воды в пар. Энергия, поглощаемая при таких фазовых переходах, называется латентной (скрытой)[297] и используется для изменения внутренней молекулярной структуры вещества, превращая твердую субстанцию (лед) в жидкость (при 0 °C), а жидкость – в газ (при 100 °C). Когда вы вновь охлаждаете пар, получая воду, или воду, получая лед, выделяется латентная энергия.
Эти три эффекта объясняют, почему шерсть согревает вас, когда вы потеете. Понимание этих простых научных истин поможет вам добиться максимального согревающего действия от вашей шерстяной верхней одежды и белья из тонкой шерсти мериносов. Предположим, вы выходите на улицу холодным и сырым днем и, естественно, хотите чувствовать себя в тепле. Если ваша шерстяная одежда будет сухой перед тем, как вы наденете ее, она сможет поглотить больше влаги из воздуха или от вашего тела и отдать вам больше тепловой энергии. Поэтому, если вы надеваете джемпер, который носили вчера, положите его на короткое время на батарею – не для того, чтобы согреть, а для того, чтобы полностью высушить перед встречей с влажным воздухом.
