18
Приглашение в парную
(или Физика в бане)
Кандидат физико-математических наук
И. И. МАЗИН
«Дивное видел я в Славянской земле на пути своего. Видел бани деревянные, и разожут их докраса, и разделуся, и будут натги, и оболются квасом, и возьмут прутья молоды, и быот себя сами, и того добьются, что выlezут еще живы, и оболются водой студеной, и такоживут.»
Так описывает баня в русских летописях XI века. И по сейчас любители бани с заартом «мучайот» сами себя. Зачем? Говорят, что пользова с кратковременным воздействием на кожу высоких температур — горячего воздуха. Оdnako во влажном воздуха высокую температур трудно выдерживать даже недолго. Так что в хорошо бане должно быть не только жарко, но и сухо. Не так-то просто построить хорошо баню, да и «приготовить» пар, то есть, говоря научным языком, создать оптимальный микроклимат, то же надо уметь. Наши предки умели это делать еще в XI века, а вот объяснить, почему в бане нужно поступать так, а не иначе, они бы, пожалей, не смогли. Но сегодняший школьник знает достаточно, чтобы ответить на вопросы, которые задает любитель физики обичная парная. Это я и предлагаю сделать читателю. Начем мы с того, что посмотрим как бы со стороны на банный «сесанс» и будем по ходу дела задавать себе вопросы. А потом мы попытаемся на них ответить.
Итак, в баню! А чтобы лучше ориентироваться, будем пользоваться рисунком со страницы 19.
Вот мы уже в парной. Ну и жара… Что же, постом немного визу — здесь попрохладнее. Привыкли — можно и наверх. Горячно? Ничего, сегодня еще не очень жарко, былает и так, что на горячной деревянной полбосойного не встаншь, да и на скамье не посидшь. А если скамья сколочена железными гвоздями, то на нее не стоит садиться и в не очень жаркой бане: прикосновся голым телом к шляпке гвоздя — заработешь охог.
Вопрос 1. Почему в парной визу холоднее, чем на полке?
Вопрос 2. Почему при той температуре, при которой еще можно есть на нагртое дерево, садится на железо уже нельзя — обожжешься?
Послепенно мы привыкаем к парной. Возdux уже не кажется таким горячим. Оdnako чувствуется, что он сырой — на скамейке, на полу мокрыше пятна. Это можно исправить. Нужно, как говорят, «поддать пару»: взять кипятка и маленькими порциями, ковшиком, бросать его в пчель на раскаленные камни. Сразу горячая волна пахнет из печи наверх, жарче станет на полке, жарче и сушие; исчезнут мокрыше пятна, высохнут пол и скамьи.
Вопрос 3. Почему, когда подбрасывают воду на горячие камни печи, в парной становится сушие?
Вопрос 4. Почему нужно подбрасывать воду понемоу, а не выпить в каменку сразу шайку воды?
Вопрос 5. Почему нужно бросать именно кипяток, а не холодную воду?
… Но вот прошло больше часа. В парной повышало много народу, воздуха уже не такой свежий, сырость, на полу листья от веников. Пора «чистить» парную. Это делается так. Все выходят минут на десять. За это время нужно подместить пол, окатить его водой из шланга; затем открыть настежь дверь в парную, снаружи околдвери пленнуть на пол несколько шаек холодной воды; а потом начать поддавать пар. Свежий пар вытестит старый, застоявшийся воздуха парной. Теперь все готово, можно заходить и начинать все сначала.
Вопрос 6. Зачем нужно лука холодной воды у входа в парную?
Вопрос 7. Почему свежий пар вытестиет старый воздух воздуха?
Итак, с правильами бани мы познакомились. Давайте ответать на возникшие вопросы.
Первый вопрос был настолько прост, что на него, наверное, сразу ответил любой читатель. Так что начем со второго вопроса.
Что происходит, когда человек наступает или садится на горячую скамью? Температура тела человека не больше 40 °C, в то время как тем
19
пература воздуха, а следовательно, и скамеек в хорошо парной от 80 до 120 °С. При контакте начинается процесс передачи тепла от горячого тела (скамы) к холодному (человеку). Как быстро идет процесс? Это определяется, в частности, теплопроводностью горячого тела. Чем больше теплопроводность материала, тем быстрее передается тепло от его более нагретых участков к менее нагретым. У железа, как и у других металлов, теплопроводность значительное больше, чем у дерева, — примерно в 300 раз. Когда мы соррикаемся с горячей деревянной скамей, остыает тае часть, которая находится в близи контакта, и нам передается тепло, «отнятое» у малого объема скамьи. Иное дело, если в зоне контакта окажется гвоздь: тепло будет быстро «подтягиваться» к точкам соприкосовения со всей длины гвоздя. Кроме того, объемная теплоемкость (то есть теплоемкость, расчитанная на единицу объема) у железа примерно в 40 раз больше, чем у дерева; так что при одинаковых условиях оставания мы от куска железа получим вдесятки раз больше тепла, чем от куска дерева того же объема.
Теперь, я думаю, вы сможете сами четко формулировать ответ на вопрос 2. (Заметьте: мы ничего не говорили о теплопроводности и теплоемкости человекаского тела. Подумайте сами, какую роль играют эти характеристики в рассмотрении нами процессе.)
Чтобы ответить на следующие вопросы, давайте вспомним некоторые
20
сведения из молекулярной физики, в частности — о водяном паре.
Вода, как известно, может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом — лед, жидком — собственно то, что мы и называем водой, и газообразном — пар. Что касется льда, то он пряного отношения к бане не имеет, а вот про воду и пар поговорим.
Вода может превращаться в пар — это испарение, а пар может превращаться в воду — это кондensation. При испарении воды поглощается тепло, а при кондensation той же массы пара выделяется такое же количество теплла. В атмосфере всегда имеет неокоторое количество водяного пара. Например, в жидкой комнате в 1 м³ воздуха обычно содержится около 10 г пара. Плотность водыного пара в воду уже называют абсолютной влажностью.
Поставим в комнате блюдце с водой. Вода будет испарться и со временемся превращаться в пар. При этом абсолютная влажность в комнате повышится, но не намного — объем комнаты обычно несколько десятькубических метров, и если в блюдце было 10 г воды, то влажность увеличилось не более чем на 1 г/м³. А если такое же блюдце помещить в сосуд объемом 1 л (10⁻³ м³) и закрыть его? Количество воды в блюдце будет уменьшаться до тех пор, пока пар в сосуд не станет насыщенным. А это произойдет тогда, когда число молекул, выпLETающих из воды за единицу времени, и число молекул, переходящих за единицу времени из пара в воду, сравняются. И с этого времени абсолютная влажность воздуха в сосуд не будет изменяться. (Разумеется, мы имеем в виду, что температура сосуда все время остается постоянной.)
Таким образом, при каждом температуре существует максимальная абсолютная влажность воздуха, равная плотности насыщенного водяного пара при этой температуре. Чем выше температура, тем больше значение плотности насыщенного пара.
Понятно, что чем меньше абсолютная влажность воздуха по отношению к максимальной влажности воды можно при данной температуре, тем интенсивнее идет испарение воды. Отношение абсолютной влажности к плотности насыщенного пара при данной температуре называют относительной влажностью, а относительной.Eсли