Lời mời đến phòng xông hơi

18

Lời mời đến phòng xông hơi
(hoặc Vật lý trong nhà tắm)

Ứng viên Khoa học Vật lý và Toán học
I. I. MAZIN

“Trên đường đi, tôi đã nhìn thấy những điều kỳ diệu ở vùng đất Slav. Tôi nhìn thấy những nhà tắm bằng gỗ, và họ lột đồ cho đến khi đỏ tấy, họ cởi quần áo, cằn nhằn, và họ phát ốm với kvass, và họ lấy những chiếc gậy khỏi tay mình, và họ đạt được mục tiêu là họ sẽ thoát ra mà vẫn còn sống, và họ sẽ bị tạt nước lạnh, và họ sẽ sống như vậy.”
Đây là cách nhà tắm được mô tả trong biên niên sử Nga thế kỷ 11. Và cho đến ngày nay, những người yêu thích nhà tắm với zaart “muchayot” vẫn tự mình làm điều đó. Để làm gì? Họ nói rằng nó có thể được sử dụng khi da tiếp xúc trong thời gian ngắn với nhiệt độ cao - không khí nóng. Tuy nhiên, trong không khí ẩm rất khó chịu được nhiệt độ cao dù chỉ trong thời gian ngắn. Vì vậy, một bồn tắm tốt không chỉ nóng mà còn phải khô. Để xây dựng một nhà tắm tốt không phải là điều dễ dàng và bạn cũng cần có khả năng “nấu” hơi nước, nghĩa là, theo thuật ngữ khoa học, để tạo ra một vi khí hậu tối ưu. Tổ tiên của chúng ta đã biết cách làm điều này từ thế kỷ 11, nhưng thật không may, họ đã không thể giải thích tại sao trong nhà tắm lại cần phải làm điều này mà không phải cách khác. Nhưng học sinh ngày nay đã đủ hiểu biết để trả lời những câu hỏi mà một người yêu vật lý đặt ra trong phòng xông hơi ướt thông thường. Đây là điều tôi khuyên người đọc nên làm. Hãy bắt đầu bằng cách nhìn vào “phiên” nhà tắm từ bên ngoài và tự đặt câu hỏi trong suốt quá trình. Và sau đó chúng tôi sẽ cố gắng trả lời chúng.

Vì vậy, đi vào nhà tắm! Và để điều hướng tốt hơn, chúng tôi sẽ sử dụng hình từ trang 19.

Bây giờ chúng ta đã ở trong phòng xông hơi. Chà, trời nóng quá… Thôi, đăng một ít visa - ở đây mát hơn. Nếu quen rồi, bạn có thể lên lầu. Nóng? Không sao đâu, hôm nay trời vẫn chưa nóng lắm, cũng có khả năng bạn sẽ không thể đứng nửa chân trần trên sàn gỗ nóng, thậm chí còn không thể ngồi trên ghế dài. Và nếu chiếc ghế dài được đóng đinh với nhau bằng những chiếc đinh sắt, thì bạn không nên ngồi trên nó ngay cả trong nhà tắm không quá nóng: nếu bạn trần truồng chạm vào đầu đinh, bạn sẽ bị cháy.

Câu 1. Tại sao trong phòng xông hơi lại lạnh hơn trên kệ?

Câu 2. Tại sao ở nhiệt độ vẫn có thể ăn trên củi đun nóng, không thể ngồi trên bàn ủi nữa - sẽ bị bỏng?

Sau khi tạo bọt, chúng ta làm quen với phòng xông hơi. Không khí dường như không còn nóng nữa. Tuy nhiên, nó có cảm giác ẩm ướt - có những vết ướt trên ghế và sàn nhà. Điều này có thể được sửa chữa. Như người ta nói, bạn cần phải “cho hơi nước”: lấy nước sôi và chia thành từng phần nhỏ, dùng muôi ném vào con ong trên những viên đá nóng. Ngay lập tức một làn sóng nóng bốc mùi từ lò lên trên, trên kệ sẽ nóng hơn, nóng hơn và khô hơn; Các vết ướt sẽ biến mất, sàn nhà và ghế dài sẽ khô ráo.

Câu 3. Tại sao khi đổ nước lên đá nóng của bếp, nước lại thành sushi trong phòng xông hơi?

Câu 4. Tại sao cần đổ nước vào bình nóng lạnh mà không uống ngay một ngụm nước vào bình nóng lạnh?

Câu 5. Tại sao cần tạt nước sôi mà không đổ nước lạnh?

… Nhưng đã hơn một giờ trôi qua. Trong phòng xông hơi có rất nhiều người, không khí không còn trong lành nữa, ẩm ướt, trên sàn có lá chổi. Đã đến lúc “dọn dẹp” phòng xông hơi. Nó được thực hiện như thế này. Mọi người rời đi trong mười phút. Trong thời gian này, bạn cần quét sàn và phun nước từ vòi; sau đó mở rộng cửa phòng xông hơi, đổ vài cốc nước lạnh từ ngoài cửa xuống sàn; và sau đó bắt đầu thêm hơi nước. Hơi nước trong lành sẽ đánh bật không khí cũ, ứ đọng trong phòng xông hơi. Bây giờ mọi thứ đã sẵn sàng, bạn có thể vào và bắt đầu lại từ đầu.

Câu 6. Tại sao cần có nước lạnh ở lối vào phòng xông hơi?

Câu 7. Tại sao hơi nước trong lành lại chiếm chỗ không khí cũ?

Vì vậy, chúng tôi đã làm quen với các quy tắc của nhà tắm. Hãy trả lời các câu hỏi đã đặt ra.

Câu hỏi đầu tiên đơn giản đến mức bất kỳ độc giả nào cũng có thể trả lời ngay lập tức. Vậy hãy bắt đầu với câu hỏi thứ hai.

Điều gì xảy ra khi một người bước lên hoặc ngồi trên một chiếc ghế nóng? Nhiệt độ cơ thể con người không quá 40 ° C, trong khi

19

Nhiệt độ của không khí và do đó của ghế dài trong phòng xông hơi ướt là từ 80 đến 120 °C. Khi tiếp xúc, quá trình truyền nhiệt từ vật nóng (skama) sang vật lạnh (người) bắt đầu. Quá trình này nhanh như thế nào? Đặc biệt, điều này được xác định bởi tính dẫn nhiệt của vật nóng. Độ dẫn nhiệt của vật liệu càng lớn thì nhiệt được truyền từ vùng nóng hơn sang vùng ít nóng hơn càng nhanh. Sắt, giống như các kim loại khác, có độ dẫn nhiệt cao hơn đáng kể so với gỗ - khoảng 300 lần. Khi chúng ta tiếp xúc với một chiếc ghế gỗ nóng, bộ phận tiếp xúc gần sẽ nguội đi và nhiệt lượng “lấy đi” từ thể tích nhỏ của chiếc ghế sẽ được truyền sang chúng ta. Sẽ là một vấn đề khác nếu có một chiếc đinh trong vùng tiếp xúc: nhiệt sẽ nhanh chóng bị “kéo” đến các điểm tiếp xúc trên toàn bộ chiều dài của móng. Ngoài ra, nhiệt dung thể tích (tức là nhiệt dung tính trên một đơn vị thể tích) của sắt lớn hơn gỗ khoảng 40 lần; như vậy, trong cùng điều kiện, chúng ta sẽ nhận được nhiệt lượng từ một miếng sắt gấp hàng chục lần so với từ một miếng gỗ có cùng thể tích.

Bây giờ, tôi nghĩ, chính bạn sẽ có thể hình thành rõ ràng đáp số cho câu hỏi 2. (Lưu ý: chúng tôi không nói gì về độ dẫn nhiệt và nhiệt dung của cơ thể con người. Hãy tự suy nghĩ xem những đặc điểm này đóng vai trò gì trong việc xem xét quá trình của chúng tôi.)

Để trả lời những câu hỏi sau, chúng ta hãy nhớ lại một số

20

thông tin từ vật lý phân tử, đặc biệt là về hơi nước.

Nước, như đã biết, có thể ở ba trạng thái kết tụ: rắn - băng, lỏng - thực ra cái mà chúng ta gọi là nước, và khí - hơi nước. Về phần đá, nó không liên quan nhiều đến vị cay của nước tắm mà hãy nói về nước và hơi nước.

Nước có thể biến thành hơi - đây là sự bay hơi và hơi nước có thể biến thành nước - đây là sự ngưng tụ. Khi nước bay hơi, nhiệt được hấp thụ và khi cùng một khối lượng hơi nước ngưng tụ, cùng một lượng nhiệt được giải phóng. Luôn có một lượng hơi nước nhất định trong khí quyển. Ví dụ, trong phòng lỏng, 1 m³ không khí thường chứa khoảng 10 g hơi nước. Mật độ hơi nước trong nước đã được gọi là độ ẩm tuyệt đối.

Hãy đặt một đĩa nước trong phòng. Nước sẽ bay hơi và biến thành hơi nước theo thời gian. Đồng thời, độ ẩm tuyệt đối trong phòng sẽ tăng, nhưng không nhiều - thể tích của phòng thường là vài chục mét khối, và nếu có 10 g nước trong đĩa thì độ ẩm tăng không quá 1 g/m³. Điều gì sẽ xảy ra nếu chiếc đĩa tương tự được đặt trong một chiếc bình có thể tích 1 lít (10⁻³ m³) và đóng lại? Lượng nước trong đĩa sẽ giảm cho đến khi hơi nước vào bình bão hòa. Và điều này sẽ xảy ra khi số lượng phân tử rời khỏi nước trong một đơn vị thời gian và số lượng phân tử truyền từ hơi nước sang nước trong một đơn vị thời gian bằng nhau. Và kể từ thời điểm này, độ ẩm tuyệt đối của không khí trong tàu sẽ không thay đổi. (Tất nhiên, ý của chúng tôi là nhiệt độ của bình luôn không đổi.)

Như vậy, ở mỗi nhiệt độ đều có độ ẩm tuyệt đối cực đại bằng mật độ hơi nước bão hòa ở nhiệt độ đó. Nhiệt độ càng cao thì giá trị mật độ hơi bão hòa càng cao.

Rõ ràng là độ ẩm tuyệt đối của không khí càng thấp so với độ ẩm tối đa có thể có của nước ở nhiệt độ nhất định thì quá trình bay hơi của nước càng diễn ra mạnh mẽ hơn. Tỷ lệ độ ẩm tuyệt đối với mật độ hơi bão hòa ở nhiệt độ nhất định được gọi là độ ẩm tương đối và độ ẩm tương đối.