Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Физика»Содержание №15/2007
Почему же, почему?..

Почему же, почему?..

? Обычно температура в сауне около 90 оС. Как человек, вообще говоря, не приспособленный к таким ужасным условиям, всё-таки ухитряется выйти оттуда живым?

Ответ. Во-первых, мы всегда подкладываем полотенце, когда садимся, или садимся только на деревянные скамьи. Касаться металла, нагретого до такой температуры, вовсе небезопасно. Можно обжечься, коснувшись даже стеклянных дверей, которые имеют гораздо меньшую теплопроводность, чем металл, но всё равно нагреты до 60 оС. Второй «спасительной соломинкой» служит необычно сухой воздух в сауне, что позволяет поту испаряться с кожи, охлаждая её. Сухой воздух в сауне оказывается там «бесплатно». Действительно, из-за большой крутизны кривой зависимости давления насыщающих паров от температуры получается, что наружный воздух, насыщенный при 20 оС водяными парами на 100%, внутри сауны при 90 оС сразу становится насыщенным всего на 3%! Ну а если за окном мороз, то морозный воздух, нагретый до 90 оС, будет насыщенным только на 1%. Предполагается, конечно, что никто не входит в сауну с кастрюлей воды. Оценим теперь время, за которое наше тело нагреется в сауне, если пренебречь потерями тепла, связанными с испарением. Если считать, что толщина неподвижного слоя воздуха, окружающего нас, составляет 3 мм, а площадь нашего тела 1,7 м2, то каждую секунду при разности температур 50 оС мы будем приобретать благодаря теплопроводности около 700 Дж энергии. Почти столько же (около 800 Дж) мы будем приобретать вследствие теплового излучения, идущего в сауне отовсюду. Таким образом, каждую секунду наше тело будет потреблять около 1,5 кДж энергии, как будто в нас кто-то всунул обычный кипятильник мощностью 1,5 кВт. Так как в среднем теплоёмкость тела около 200 кДж/град, то за минуту, проведённую в сауне, наша температура может подняться на 0,5 оС, если не потеть. Но запретить некому, и мы сразу же покрываемся потом. Простые расчёты показывают, что нам необходимо испарять 2,2 л/ч. И конечно, испарить такую массу влаги невозможно без хорошей вентиляции воздуха вокруг. Теперь становится ясным, почему в сауне становится невыносимо жарко, когда кто-то выливает чуть-чуть воды на раскалённую плиту. Во-первых, образовавшийся пар нагревается от плиты до температуры гораздо выше 100 оС. Во-вторых, увеличившаяся влажность затрудняет испарение. В-третьих, теплопроводность водяного пара выше, чем сухого воздуха, в результате чего мы получаем больше энергии извне. Короче, сидя в сауне, даже физикам следует посматривать на часы (конечно, песочные).

Europhysics, 2006, v. 37, № 6, p. 38

? Как антистатики удаляют электрический заряд с нашей одежды?

Ответ. Статическое электричество на одежде, коврах, покрывалах и т.п. возникает после контакта этих предметов с другими, а иногда и просто со струями воздуха. Происходит это следующим образом. На поверхности тел всегда присутствует заряженная пыль, состоящая из микрочастиц и ионов. Структура и знак заряда этой пыли зависит от материала, из которого состоит данное тело. При соприкосновении двух различных тел пыль может переходить с одного тела на другое, в результате чего тела заряжаются противоположно. Интенсивное трение одного предмета о другой усиливает этот эффект (трибоэлектрический, от греч. тереть). При нормальных атмосферных условиях натуральные волокна (хлопка, шерсти, шёлка и вискозы), являясь гидрофильными, содержат достаточно много влаги и поэтому слегка проводят электричество. Когда натуральные волокна касаются или трутся о другие материалы, на их поверхностях тоже появляются избыточные электрические заряды, но на очень короткое время, т.к. эти заряды сразу же стекают обратно по электропроводным волокнам ткани. В отличие от натуральных синтетические волокна (полиэфирные, акриловые, полипропиленовые) гидрофобны и хуже проводят электричество при тех же атмосферных условиях. Поэтому при контакте синтетических материалов они заряжаются противоположно, а потом прилипают друг к другу, создавая иногда неприятные ощущения. Кстати, волосы по структуре очень близки к синтетическим волокнам и тоже гидрофобны. Поэтому при контакте, например, с расчёской они заряжаются и начинают отталкиваться друг от друга. Чтобы избавиться от электростатического заряда на одежде, можно побрызгать её гигроскопическим веществом, которое удерживало бы влагу и этим увеличивало поверхностную электропроводность. В результате электрический заряд при соприкосновении с другими предметами не будет возникать. Гидрофильность поверхности можно увеличить, нанеся на неё поверхностно-активные вещества, молекулы которых похожи на мыльные – одна часть очень длинной молекулы заряжена, а другая нет. Кроме того, такие молекулы увеличат поверхностную электропроводность, а значит, уменьшат поверхностный электростатический заряд на поверхности. Все эти вещества являются антистатиками. Кстати, антистатиком является и обычная угольная пыль или сажа, которая, как известно, тоже хорошо проводит электричество. Чтобы избавиться от статического заряда, в состав пропитки ковролиновых покрытий и обивочных материалов включают так называемую ламповую сажу. С этими же целями в состав синтетических материалов включают до 3% натуральных волокон, а иногда и тонкие металлические нити.

New Scientist.23Feb2002

Cм. также статью К.Ю.Богданова «Физика стирки и чистки» в №1/07.

Подборка и пер. с англ.
К.Ю.БОГДАНОВА

kbogdanov@mtu-net.ru