Почему не мерзнут: люди, растения, животные? Тайна теплового комфорта
Почему в морозы одни мерзнут, а другие чувствуют себя комфортно? Как устроена "система обогрева" у людей, растений и животных? Узнайте секрет теплового комфорта и научитесь сохранять тепло в любых условиях!
Почему люди не мерзнут зимой?
Как именно человеческий организм поддерживает постоянную температуру тела зимой? Дело в том, что у нас есть встроенная система терморегуляции. При понижении температуры окружающей среды организм автоматически усиливает выработку тепла - мы начинаем интенсивнее сокращать мышцы, учащается пульс и дыхание. Кроме того, при охлаждении сосуды кожи сужаются, чтобы свести к минимуму потери тепла.
Однако в условиях сильных морозов одних внутренних механизмов организма бывает недостаточно. На помощь приходит теплая одежда. Натуральные ткани вроде шерсти или хлопка сохраняют тепло лучше за счет воздушных карманов между волокнами. Но еще эффективнее работает принцип термоизоляции - сохранение тепла с помощью воздушной прослойки.
Поэтому зимняя одежда обычно имеет пуховые или синтепоновые прослойки. Этот неподвижный воздух не проводит холод и не дает теплу нашего тела "убежать" наружу. Таким образом, чем объемнее или пышнее зимняя одежда и головные уборы, тем лучше они сохраняют тепло.
Советы по выбору теплой одежды и обуви
- Отдавайте предпочтение натуральным тканям (шерсть, хлопок, кашемир)
- Выбирайте модели с мехом, пухом или синтепоном
- Утепленная обувь должна быть на размер больше обычной
- Шарф нужно наматывать поверх воротника куртки, чтобы не было щелей
Дом или квартира - это еще один барьер на пути зимнего холода. Стены препятствуют сквознякам и снижают теплопотери. Обычно температура воздуха в жилищах поддерживается на оптимальном для человека уровне около 20-22 градусов. При этом важно следить за влажностью, поскольку сухой нагретый воздух может негативно сказываться на слизистых оболочках.
Как растения выживают зимой?
В отличие от теплокровных животных, у растений нет внутренних механизмов поддержания постоянной температуры. Тем не менее, многие растения прекрасно переносят суровые зимние условия. Как им это удается?
Во-первых, некоторые растения впадают в спячку, приостанавливая сокодвижение и другие жизненные процессы. Во-вторых, деревьям и кустарникам помогает покоящаяся зимой под снегом корневая система. Благодаря низкой теплопроводности снега почва под ним промерзает не полностью.
И конечно, определенную защитную роль играет внешний покров растений. У хвойных деревьев летом хвоя мягкая, а к зиме листья одеревеневают и покрываются толстой кутикулой из воска. Это препятствует чрезмерному испарению влаги.
| Летняя хвоя сосны | Зимняя хвоя сосны |
| Мягкая, зеленая, с тонкой кутикулой | Жесткая, темно-зеленая, с утолщенной восковой кутикулой |
Советы по уходу за комнатными растениями зимой
- Установите на подоконники специальные теплые ящики
- Уменьшите полив примерно наполовину
- Для повышения влажности используйте гумидификатор
- Добавьте дополнительное освещение фитолампами
Таким образом, зимние механизмы адаптации позволяют как дикорастущим, так и культурным растениям успешно переживать неблагоприятный период и возобновлять активную вегетацию весной.
Почему животные не мерзнут?
Большинство зверей и птиц, обитающих в регионах с суровым климатом, прекрасно приспособлены к низким температурам. У них тоже есть свои "системы обогрева" из натуральных материалов.
Конечно, речь идет о густом слое подшерстка и остевых волосках, а также о перьевом покрове. Воздух между этими нитями и пушинками образует теплоизоляционный слой, как в пуховике. При этом зимний "мех" у большинства животных гораздо пышнее и гуще летнего.
Еще один фактор, помогающий согреться зимой, - это подкожный жировой слой. Причем чем суровее климат, тем толще этот слой у местных обитателей. Например, у белых медведей он может достигать 10-15 см!
Конечно, поведенческие реакции тоже играют большую роль. Многие звери прячутся в норы, дупла, проводят больше времени в спячке. Активность в холодное время года снижена, что экономит энергию организма.
Советы по уходу за домашними питомцами зимой
- Обеспечьте животному теплое укрытие на ночь
- Не гуляйте с собаками дольше 15-20 минут в сильный мороз
- Регулярно расчесывайте шерсть, чтобы избежать сваливания
- Периодически проверяйте лапки на наличие трещин и порезов
Физика теплопередачи и термоизоляции
Чтобы глубже разобраться, почему люди, растения и животные не мерзнут зимой, давайте рассмотрим основные физические механизмы передачи тепла.
Существует три основных способа переноса тепловой энергии:
- Теплопроводность - перенос тепла от более нагретых частей тела к менее нагретым за счет теплового движения молекул
- Конвекция - перенос тепла движущимися частицами жидкости или газа
- Тепловое излучение - испускание электромагнитных волн от нагретого тела
Механизм сохранения тепла с помощью одежды или меха основан как раз на свойстве воздуха и других газов плохо проводить тепло. Воздушные карманы препятствуют оттоку тепла путем теплопроводности. Таким образом обеспечивается термоизоляция.
Принцип работы термоизоляционных материалов
Термоизоляционные материалы, будь то перья, мех, синтепон или минеральная вата, работают за счет того, что между волокнами или перышками образуются крошечные воздушные кармашки. Неподвижный воздух в них плохо проводит тепло.
Как рассчитать необходимую толщину утеплителя
Толщина слоя утеплителя рассчитывается исходя из климатических условий региона и требуемого сопротивления теплопередаче. Чем ниже зимние температуры на улице, тем толще должна быть теплоизоляция. Формула имеет следующий вид:
δут = Ртр * λут / (Ро - 1)
где δут - толщина утеплителя, λут - коэффициент теплопроводности материала, Ро - нормируемое сопротивление теплопередаче, Ртр - требуемое сопротивление.
Экологические аспекты проблемы сохранения тепла
Как мы выяснили, способность удерживать тепло жизненно необходима всем живым организмам для выживания в холодный период. Однако сегодня человечество сталкивается с прямо противоположной глобальной проблемой - перегревом планеты.
Причины глобального потепления и его последствия
Основной причиной изменения климата является накопление в атмосфере углекислого газа и метана. Это ведет к так называемому парниковому эффекту. Солнечные лучи проходят сквозь атмосферу, нагревая поверхность Земли. А вот тепловое излучение, идущее обратно в космос, задерживается.
В результате среднегодовая температура неуклонно растет. Это грозит таянием ледников, наводнениями, исчезновением многих видов растений и животных. Поэтому сегодня крайне важно экономно расходовать топливные ресурсы и бережнее относиться к тепловой энергии.
Огонь, жилища, одежда - изобретения, позволившие выжить в суровых условиях
Умение добывать огонь путем трения дерева о дерево и поддерживать горение сыграло огромную роль в расселении древних людей по территориям с холодным климатом. Теперь можно было согреться, приготовить горячую пищу, отпугнуть хищников.
Для защиты от непогоды начали сооружать временные укрытия из веток, шкур, костей. Позже появились постоянные жилища, частично заглубленные в землю, с очагом посредине. Так человек отделял себя от холодного внешнего мира.
Традиционные способы обогрева жилищ у разных народов
У многих народов Севера в центре жилища располагался очаг, топящийся по принципу печи с дымоходом. Эффективным источником инфракрасного излучения были масляные светильники - прародители наших обогревателей.
С появлением гончарных изделий стали делать примитивные глиняные печи, облицованные камнем. Несмотря на отсутствие металлических труб, они довольно эффективно сохраняли тепло внутри помещений.
История возникновения печного отопления и центрального водяного
Начало массовому каменному и кирпичному строительству положило появление печей с дымоотводящими трубами. Первые печи, работающие по принципу центрального отопления, археологи обнаружили в постройках Древнего Рима. Теплый воздух или горячая вода по специальным каналам разносились по всему зданию.
Любопытные факты об истории появления теплой одежды и обуви
Антропологи предполагают, что еще неандертальцы умели выделывать меха и шкуры, чтобы изготавливать так называемые "вторые шкуры". Первую обувь тоже мастерили из сыромятной кожи животных, меха или бересты.
В эпоху поздней бронзы появились ткацкие станки, позволившие массово производить теплые шерстяные и льняные ткани. А старинная пословица "встречают по одежке" как раз свидетельствует, что уже в то время люди понимали важность теплой одежды для комфортной жизни.