Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами

▲ Шерсть – хороший теплоизолятор. Овечья шерсть – один из лучших теплоизоляторов на Земле – эффективнее, чем большинство строительных материалов. В диаграмме представлены коэффициенты теплоизоляции различных материалов в расчете на толщину 2,5 см.

Современная наука способна обеспечить нас теплом. Но стоит помнить, что законы той же науки всячески стремятся нас охладить, перенося тепло в более холодную среду. В глубине вашего тела температура составляет около 37 °C, но во многих местах на Земле гораздо холоднее, поэтому наши внутренние источники энергии часто работают в невыгодных условиях. Что еще хуже, чем больше разница в температурах между двумя предметами, тем больше тепла будет переноситься от более теплого из них к более холодному. Поэтому в холодные дни мы теряем тепло быстрее, чем в жаркие[294]. И спорить тут не о чем: законы термодинамики заставляют тело охлаждаться, обрекая нас на жизнь, в которой принимать пищу необходимо всегда – хотя бы для того, чтобы согреться.

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.

Почему не дрожат овцы?

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.