GSA. Жарко и холодно?
Что такое жарко и что такое холодно?
Когда вы будете принимать ванну, подождите открывать кран с водой. Попробуем просто посидеть в пустой ванне. Можно вообразить, как будет холодно. Но разве сама ванна холодная? Подумайте минуту. Если бы ванна действительно была холоднее воздуха и окружающих ее предметов, она бы стала нагреваться от них, пока их температуры не сравнялись бы. Ванна такая же теплая, как и все вокруг. Проверьте это термометром. Подержите термометр в ванне 5 минут - время, необходимое для того, чтобы его температура сравнялась с температурой воздуха в помещении. Что он показывает? Теперь положите термометр на дно пустой ванны так, чтобы его конец касался ее. Опять подождем 5 минут, и снимем показание. Оно не изменилось. Но если пустая ванна не холоднее всего остального вокруг, почему же в ней так холодно?
Наше тело - не лучший прибор для определения температуры. Оно ощущает только потери или приобретение тепла. Когда тепло быстро теряется и кожа из-за этого быстро охлаждается, нам становится холодно. Если тело нагревается, то нам жарко. Человек - теплокровное существо, а это значит, что его тело в нормальном состоянии имеет постоянную температуру 36,6 °С. Нормальная для нас комнатная температура составляет 18-22 °С. Поскольку тело на 15-18 градусов теплее всего окружающего, оно непрерывно отдает ему свое тепло.
Но почему же в комнате с температурой 20 °С. мы чувствуем себя лучше, чем при 30 °С? Чтобы существовать, организму необходимо «сжигать» принимаемую пищу, а при этом всегда выделяется тепло. Если это тепло будет накапливаться в организме, температура его начнет повышаться. При температуре тела 40 °С человек чувствует себя совершенно больным. А если она достигает 43 °С даже на короткое время, чаще всего наступает смерть. Поэтому человеку, чтобы выжить, необходимо непрерывно отдавать тепло окружающей среде. Температура среды 20 °С является для нас оптимальной, потому - что при этой температуре скорость отдачи тепла наружу примерно совпадает со скоростью выделения тепла внутри тела от «сжигания» пищи.
Что произойдет, если мы войдем в жаркую парную с температурой воздуха около 75 °С? Как вообще можно существовать при такой температуре? оказывается, в этом случае открываются поры потовых желез, и на коже выступает большое количество пота. Пот начинает быстро испаряться в воздух. Испарение охлаждает тело, по крайней мере настолько, чтобы выдержать при такой температуре 15-30 мин. Без этого охлаждающего эффекта испарения человек не мог бы перенести столь высокую температуру
Вы можете легко наблюдать охлаждающее действие испарения. Надо только смочить ладони водой и дать ей испариться. Чувствуете холодок? Попробуйте также обернуть кончик термометра клочком ваты и намочите вату водой комнатной температуры. Наблюдайте за показанием термометра по мере того, как вода с ваты будет испаряться. Температура может упасть на 5-10 градусов или даже больше. После того как вся вода испарится, температура вернется к первоначальному значению, потому что охлаждающего эффекта больше не будет.
Возможен и другой опыт, довольно простой, который можно провести прямо в ванне. Предположим, мы просто принимаем ванну. Наполняем ванну теплой водой, садимся в нее, можем поплескаться. Теперь пора вылезать. Встаем, дотягиваемся до полотенца и быстро вытираемся. Но подождите! Давайте сегодня возьмем полотенце не сразу, а постоим мокрыми минуту или две и посмотрим (почувствуем), что произойдет. Нам не придется ждать слишком долго - очень быстро замерзнем. Почему? Испарение воды с мокрого тела быстро охлаждает его.
Мы уже знаем, как человек регулирует температуру своего тела, когда очень тепло. Но что происходит, когда температура падает и становится очень холодно? При такой низкой температуре интенсивность отдачи тепла телом в окружающую среду намного больше, чем при комнатной. Тело очень быстро охлаждается, и его температура может упасть ниже 36-37 °С, которые являются нормальными для человеческого организма. Такая ситуация очень опасна. Температура организма не может значительно понижаться без серьезного нарушения его деятельности. Чтобы избежать этой опасности, есть два пути. Либо организм начнет производить больше тепла, «сжигая» больше пищи, либо он найдет способ, как уменьшить его потерю.
У теплокровных животных есть несколько приемов, с помощью которых потери тепла в холодную погоду сокращаются.
Одни из них с наступлением зимы обрастают густой шерстью. Некоторые птицы умеют так распушить перья, что они на время образуют густую «шубу», затрудняющую движение воздуха вокруг тела, это мешает теплу уходить в окружающую среду. Другие животные решают проблему так; сворачиваются в клубок, как можно более плотный и впадают в спячку на всю зиму. Форма клубка является самой компактной, и поверхность, соприкасающаяся с холодным воздухом, при такой форме будет наименьшей. Потери тепла при этом минимальны. При спячке происходит резкое падение температуры тела, та-кое значительное, что она приближается к температуре окружающей среды. Это сильно уменьшает отдачу тепла. Кроме того, организм животного прекращает всякую активность и движение, которые требуют расходов энергии. В результате ограниченных запасов, которые заготовлены в организме, хватает, чтобы вырабатывать тепло в течение всех долгих холодных зимних месяцев. У людей - свои способы уберечь тепло в холодную погоду Они строят здания и отапливают их, создавая внутри нормальную для жизнедеятельности температуру – 20 °С.
Выходя наружу, они одеваются, и одежда уменьшает скорость отдачи тепла телом.
Какие материалы надо использовать для одежды? Стоит ли изготовлять ее из сталь-ной проволоки? Такая одежда имела бы определенные преимущества - прочность, например. Но зато сколько недостатков! В ней будешь себя чувствовать примерно так же, как сидя в пустой ванне. Стальная одежда была бы холодной при 20 °С, очень холодной при 15 °С и невыносимо холодной при 10 °С.
Вот мы и пришли к нашей первоначальной задаче. Почему же, когда сидишь без одежды в пустой ванне, чувствуешь себя совсем иначе, чем если сидеть на кровати?
Ведь и ванна и кровать находятся при одинаковой комнатной температуре 20 °С. Но в ванне будет холодно, а на кровати - вовсе нет. Очевидно, что тут должно быть различие между тем, как отбирает тепло ванна, а как покрывало на кровати. Ванна сделана из железа, покрытого тонким слоем эмали. Железо же, как и большинство металлов, хороший проводник тепла. А вот вата и шерсть - плохие проводники тепла (теплоизоляторы). В ванне нам холодно, потому что железо быстро отводит тепло от тела. На кровати (на простыне или шерстяном покрывале) мы не ощущаем холода, потому что эти предметы слабо проводят тепло.
Проведите опыт, на одну конфорку газовой плиты поставьте металлическую кастрюлю, а на другую - такую же из жаростойкого стекла. Налейте в обе кастрюли немного воды и постарайтесь одновременно зажечь одинаковый огонь под ними. В каком случае вода закипит быстрее? Вы обнаружите, что в металлической кастрюле она закипит быстрее, потому что тепло проводится через металл лучше, чем через стекло. Стекло гораздо худший проводник тепла, и содержимое стеклянной кастрюли нагревается гораздо медленнее.
Воздух тоже очень плохой проводник тепла, если только он не движется. Движение воздуха помогает ему переносить тепло с одного места на другое, в чем легко убедиться, подержав ладонь над свечой. Значит, пористые материалы, в которых удерживается воздух, должны останавливать поток тепла и являться хорошими изоляторами. Так, переносной холодильник для прогулки можно сделать из пенопласта - пенистой пластмассы с большим количеством заполненных воздухом пор. Если поставить в такой холодильник бутылку холодного лимонада, она будет долго оставаться охлажденной, так как тепло из окружающего воздуха будет проникать через пенопласт очень медленно. Минеральная шерсть, стекловата и асбестовые материалы, пронизанные порами с воздухом, широко используются для утепления зданий. Они не пропускают тепло внутрь дома летом и наружу из комнат зимой. С другой стороны, металлы используются для изготовления таких предметов, как посуда, батареи отопления, когда требуется, чтобы материал хорошо проводил тепло. Попробуйте рукой различные предметы в ванной комнате, чтобы определить, насколько хорошо, они проводят тепло. Коснитесь двери, полки, металлической батареи, дверной ручки. Подержите сухое полотенце, кусок бумаги. Холодные или теплые эти предметы на ощупь? Какие холоднее? Эти предметы - хорошие проводники тепла, рука, прикасаясь к ним, легко отдает свое тепло. А те предметы, которые не показались вам холодными, сделаны из материалов, затрудняющих отвод тепла от нашего тела.
