Физика и жизнь

В течение трех дней, проведенных в Индии в сезон дождей, я перепробовала самые разные способы сушки одежды. Вообще говоря, это требует создания таких условий, при которых молекулы воды, содержащейся в порах одежды, приобретут достаточно энергии, чтобы вырваться из жидкости и переместиться в какое-то другое место. В короткие промежутки жаркой солнечной погоды вода, находящаяся в порах одежды, вбирала в себя солнечную энергию и молекулы воды мало-помалу испарялись. Но когда небо застилали облака, я чувствовала, что проигрываю сражение. Проблема заключалась в том, что окружающий воздух был до предела насыщен парами воды. Ветер, дующий с океана в сторону берега, также был очень влажным. Когда солнце светило на океанскую воду, ее поверхностный слой прогревался. Молекулы воды в океане также постоянно соударяются друг с другом, и чем сильнее прогревается вода, тем быстрее, в среднем, они движутся. Когда поверхность океана хорошо прогрелась, значительное число молекул приобрело энергию, позволяющую вырваться в окружающий воздух. Оказавшись в воздухе, эти молекулы перешли из жидкого состояния в газообразное. Таким образом, теплый влажный воздух, который поступал на берег, уже был насыщен молекулами воды. Теперь они соударялись с другими молекулами в воздухе.

Когда я промокала под дождем, тепло, исходящее от моего тела, нагревало одежду, придавая части молекул воды, которые я носила на себе, энергию, позволяющую вырваться в воздух. Этот процесс несколько подсушивал одежду. Однако в окружающем воздухе было так много молекул воды, что они, сталкиваясь с моей одеждой, прилипали к ней и соединялись с влагой, которой оставалось еще очень много в порах одежды. В результате моя одежда впитывала дополнительную влагу и не желала высыхать потому, что количество молекул воды, испарившихся с одежды в окружающий воздух, в точности уравновешивалось количеством молекул воды, которые конденсировались на ней из воздуха. Вот что, в сущности, означает 100 %-ная влажность: каждая испарившаяся молекула тотчас же замещается молекулой, конденсировавшейся из окружающего воздуха. Если влажность меньше 100 %, жидкость покинет большее число молекул, чем поступит в нее. Чем больше эта разница, тем быстрее сохнет одежда.

Ночью ситуация ухудшается. Когда воздух охлаждается, движение молекул замедляется, причем до такой степени, что они не желают испаряться, и моя одежда становится еще более влажной. Точка, при которой количество конденсирующихся молекул превышает количество испаряющихся молекул, называется точкой росы, или температурой конденсации, а образующиеся при этом капли жидкости – росой. Отдельные молекулы все же обладают достаточной энергией, чтобы покинуть жидкость и присоединиться к газу. Но их число незначительно по сравнению с молекулами, у которых такой энергии мало. Если бы я могла нагреть свою одежду, я бы увеличила количество испаряющихся молекул. Возможно, этого оказалось бы достаточно, чтобы их число превысило число конденсирующихся, и моя одежда подсохла. Но как бы то ни было, пока мы находились в Индии, мне приходилось все время ходить во влажной одежде.

Дело в том, что рассмотренный нами процесс представляет собой непрекращающийся обмен. Такой статистический способ исследования множества молекул очень важен для нас, поскольку молекулы ведут себя по-разному. В один и тот же момент и в одном и том же месте какие-то молекулы будут испаряться, а какие-то – конденсироваться. То, что мы наблюдаем, зависит лишь от баланса между этими двумя действиями.

Подчас весьма кстати, что каждая молекула в совокупности молекул ведет себя не так, как остальные. Например, когда испаряется пот, в воздух улетучиваются лишь молекулы, обладающие наибольшей энергией. В результате средняя скорость движения оставшихся молекул снижается. Именно поэтому, когда человек потеет, его тело охлаждается: испарившиеся молекулы уносят с собой значительную энергию.

Вообще говоря, одежда сохнет довольно медленно. Время от времени особенно энергичные молекулы воды, оказавшись на ее поверхности, находят в себе силы улетучиться, в результате чего количество жидкости уменьшается. Однако этот процесс не всегда нежелателен для нас. Напротив, интенсивное испарение порой чрезвычайно полезно, особенно при приготовлении пищи. Оказывается, жарка пищи возможна лишь благодаря воде.