65 ½ (не)детских вопросов о том, как устроено всё - Кирилл Викторович Половников
Вопрос 26. Зачем мы потеем?
В жаркую погоду или после тяжелых физических нагрузок наше тело каждый раз начинает выделать капельки влаги на поверхности кожи – мы называем это потоотделением. Хотя пот и может доставлять определенные неудобства, обойтись без этого мы не можем. Потоотделение – просто жизненно необходимая функция нашего организма, поскольку именно так происходит терморегуляция.
Зачем это нужно? Дело в том, что чрезмерное повышение температуры нашего тела может привести к очень вредным для здоровья последствиям. Нормальная температура человеческого тела составляет 36–37 °C. Выше 37 °C человек начинает испытывать дискомфорт. При температуре тела 40–42 °C можно получить тепловой удар и потерять сознание, а при температуре тела выше 42 °C начинают разрушаться важные для жизни белки, что может привести к смерти. Поэтому наш организм выработал специальный механизм для предотвращения перегрева. Когда нам становится жарко, мы начинаем потеть – на поверхности нашей кожи выделяются капельки пота. Этот пот постепенно испаряется, и наше тело охлаждается.
Но почему из-за испарения пота понижается температура тела? На самом деле охлаждение будет происходить при испарении любой жидкости. Вы это ощущаете, когда выходите мокрые из душа или из моря на пляже. Иногда от этого даже становится холодно. И дело в том, что на испарение тратится довольно много энергии – ведь из капель жидкости вылетают прежде всего самые быстрые молекулы. А когда самые быстрые молекулы улетают, средняя кинетическая энергия оставшихся молекул снижается и, следовательно, температура тела уменьшается.
Кстати, именно поэтому собаки, когда им жарко, высовывают свой язык. Только так они и могут охладиться. Просто у собак очень мало потовых желез (только на поверхности лап и носа). Так что для терморегуляции им приходится очень часто дышать и высовывать язык, чтобы с него испарялось больше влаги.
Однако эффективность терморегуляции через потоотделение сильно зависит не только от температуры окружающей среды, но и от влажности воздуха.
Вопрос 27. Что такое влажность воздуха?
Вы когда-нибудь задумывались над тем, что означает такая характеристика воздуха, как влажность? К примеру, когда в прогнозе погоды пишут «влажность воздуха 70 %», то что означают это проценты? Неужели 70 % воздуха – это водяной пар? Конечно же, нет. Даже при 100 %-ной влажности в воздухе комнатной температуры водяных паров будет менее 2 % от всей массы. Так что же показывают эти проценты?
Начнем с того, что воздух – это не какое-то отдельное вещество, а смесь разных газов. Если оценивать массы составных частей, то наибольшую долю в воздухе занимает азот – 75 %, потом идет кислород – 23 %, затем аргон – чуть более 1 %, а оставшийся примерно 1 % приходится на углекислый газ, водяной пар, неон, гелий и другие газы. А поскольку мы состоим более чем наполовину из воды и она играет очень важную роль в работе нашего организма, то даже эти небольшие доли процента водяного пара, содержащегося в воздухе, могут сильно влиять на наше самочувствие, так как влияют на эффективность терморегуляции.
Так что же мы назовем влажностью воздуха? Первое, что приходит в голову, – количество водяных паров в 1 кубическом метре, или плотность. Такая величина действительно используется и называется абсолютной влажностью воздуха. К примеру, можно сказать, что влажность воздуха составляет 17 грамм на кубический метр. Однако с такими единицами измерения влажности мы обычно не сталкиваемся. Всегда говорят о влажности воздуха в каких-то процентах. Это проценты от чего? От максимально возможной концентрации или плотности водяного пара.
Оказывается, что воздух не может «вместить» в себе сколько угодно водяного пара. У концентрации водяного пара есть определенный предел. Проиллюстрируем это на следующем примере. Возьмем обычную стеклянную банку, заполним ее наполовину водой и закроем герметичной крышкой. Что теперь будет происходить внутри? Налитая вода начнет испаряться в оставшееся воздушное пространство банки. Самые быстрые молекулы будут вылетать из воды и свободно двигаться в воздушной половине банки. Но в процессе своего движения молекулы воды будут сталкиваться друг с другом, с крышкой и со стенками банки, и какие-то из молекул могут случайно вернуться обратно в воду. Так что в банке будут параллельно идти два процесса: испарение и конденсация. Поначалу испаряться будет больше молекул, чем конденсироваться. Однако в какой-то момент эти процессы уравновесят друг друга и количество молекул, вылетающих из воды, будет в среднем равняться количеству молекул, вернувшихся обратно. Такой пар, который находится в состоянии динамического равновесия с водой, называется насыщенным паром. Это и есть максимально возможная концентрация водяных паров в воздухе. Потому что каждая новая порция испарившейся воды сразу же компенсируется такой же порцией сконденсировавшейся. Вот относительно этой величины и измеряют влажность воздуха. К примеру, если говорят, что «влажность воздуха 70 %», то это значит, что «плотность водяного пара в воздухе сейчас составляет 70 % от плотности насыщенного пара».
Теперь становится ясно, как влажность воздуха влияет на процессы испарения. Чем больше влажность, тем меньше «места» в воздухе для испарения новых порций жидкости. И если влажность будет равна 100 %, т. е. пар будет насыщенным, то испарение просто прекратится. Даже при высокой температуре. Поэтому в сухом климате жаркая погода переносится гораздо легче, чем во влажном. Ведь при влажности воздуха, близкой к 100 %, потеть практически бесполезно – пот все равно не испарится, и тело, соответственно, не сможет охладиться.
Тут важно отметить, что плотность насыщенного пара не является постоянной величиной, а зависит от температуры воздуха: чем выше температура, тем больше воды может испариться, тем выше будет плотность насыщенного пара. Поэтому при нагревании воздуха его относительная влажность уменьшается, а при охлаждении – увеличивается, хотя количество воды в нем вообще не меняется. Так, если мы охладим воздух, влажность которого 50 %, от 25 °C до 15 °C, то его влажность станет уже 90 %. При дальнейшем охлаждении влажность будет только повышаться и при температуре 13 °C достигнет 100 %, т. е. пар станет насыщенным.
Но что будет, если насыщенный пар продолжать охлаждать? Не может же влажность быть больше ста процентов? Да, не может. Поэтому лишняя влага из пара начнет конденсироваться. Именно так образуются роса, туман и даже иней. Именно поэтому, когда вы достаете из холодильника ледяную бутылку своего любимого напитка, на ней через некоторое время образуются капельки воды. Воздух в тонком слое вблизи бутылки резко охладился и
