Felieton 
 
Gdy jest za ciepło
WGan
Większość rekcji chemicznych przebiega szybciej przy wyższej temperaturze. Czasem w niższych w ogóle nie przebiegają, lub są zbyt powolne, by miało to znaczenie. W razie potrzeby temperaturę można podnieść, zamieniając dowolną energię na energię cieplną, ale co zrobić – by temperaturę obniżyć – czyli części ciepła się pozbyć?

Energia cieplna jest formą energii straconej –chaotycznej i bardzo trudnej do wykorzystania. Z jednej strony bardzo łatwo ją uzyskać, z drugiej, jeśli mamy jej za dużo, nie jest tak łatwo się jej pozbyć, zwłaszcza jeśli mamy jej zbyt dużo dookoła.

Tegoroczne lato nie jest tak upalne jakby mogło być, ale i tak z ulgą sięgamy po klimatyzację starając się choć trochę schłodzić. Bo z jednej strony jesteśmy organizmami działającymi dzięki przebiegającym w nich reakcjach chemicznych, to nie związki z jakich się składamy w zbyty wysokich temperaturach rozpadają się (zachodzi denaturacja białka) i reakcje życiowe po prostu przestają zachodzić. Dlatego jeśli temperatura jest zbyt niska, podnosi się ją przy pomocy odpowiednich reakcji chemicznych, których skutkiem jest między innymi – dodatkowe ciepło. Niestety nie ma reakcji które mogłyby obniżyć temperaturę poprzez pochłanianie ciepła. Dlatego, jeśli jest zbyt gorąco – trzeba się jakoś ochłodzić.

Denaturacja białka następuje w temperaturze około 46 stopni Celsjusza. To niewiele, biorąc pod uwagę to, że daje się przeżyć także przy wyższej temperaturze. Jak to się dzieje?

Ciepło może przepływać wyłącznie z ciała o wyżej temperaturze, do ciała – o temperaturze niższej. Przynajmniej bez używania dodatkowej energii – jak głosi zerowa zasada termodynamiki. Nie możemy więc chłodzić się nie dysponując czymś co jest chłodniejsze. Może to być na przykład miednica z zimną wodą w której zanurzamy nogi, lub chłodny kamień na którym możemy się położyć. Może to być także chłodny strumień, w którym możemy się na chwilę zanurzyć, ale trzeba uważać, żeby z tym chłodzeniem nie przedobrzyć. Jeśli schłodzimy się za bardzo – grozi nam to, że organizm włączy wewnętrzne ogrzewanie i skutek chłodzenia będzie przeciwny. Poza tym wchodząc do zimnej wody – zaczynamy się bronić przed utratą ciepła. Obrona ta może być tak gwałtowna, że możemy nawet stracić przytomność. Dlatego jeśli chcemy się bezpiecznie skutecznie i szybko schłodzić – zanurzamy w zimnej wodzie tylko dłonie albo stopy – czyli te części ciała, które służą do chłodzenia. Ochłodzimy krew płynącą w żyłach znajdujących się tuż pod powierzchnią skóry. Krew, która odprowadzi potem ciepło z wnętrza organizmu. Przy okazji, jakbyśmy przesadzili – to zadziała odpowiedni mechanizm obronny przed utratą niezbędnego ciepła – żyły zaczną się zwężać i chować. Zmieniają transport ciepła na zewnątrz.

Na razie mówiliśmy tu o transporcie ciepła na styku dwóch ośrodków o różnych temperaturach. Ale chłodząc powierzchnię, nie chłodzimy przecież całego wnętrza. Jak pisałem – w rozprowadzeniu ciepła pomaga krew, która ma kontakt z różnymi elementami ciała i także odbiera lub dostarcza ciepło. Mamy więc transport ciepła poprzez transport jego nośnika – całkiem jak w samochodzie, gdzie woda w układzie chłodzenia przepływa przez cały blok silnika po czym jest kierowana do chłodnicy. Podobnie zresztą działają układy chłodzenia procesorów montowane przez miłośników przetaktowywania zegara procesora, po którym procesor wytwarza znacznie więcej ciepła i wymaga niestandardowego chłodzenia.

Ale zaraz. Ciągle nie wiemy jak to jest z przebywaniem w podważonej temperaturze. Są kraje w których temperatura w dzień od czasu do czasu przekracza 46 stopni a mimo to ludzie się nie gotują. Nie ma przecież w okolicy niczego co byłoby chłodniejsze. Nie ma nawet zbyt dużo wody więc używa się jej głównie do picia. No właśnie – a po co pijemy? Po to, żeby móc się pocić.

I to kolejny doskonały sposób chłodzenia. Co ważne, skuteczny także tam, gdzie nie ma „chłodnicy” do której możemy odprowadzić niechciane ciepło. Ciecz odparowując zabiera dość sporo ciepła. Ważne by parowanie było w miarę swobodne. Dlatego nie polecam większego wysiłku, w wyniku którego wytwarza się ciepło, w lecie, w nieprzewiewnym ubraniu. Nawet gdy pada. Dlatego jeśli w lecie wędrujemy z plecakiem i jest nam gorąco, w razie deszczu nie zakładamy strojów przeciwdeszczowych – tylko kąpielowe. Zapewniam, ze wędrówka w deszczu jest całkiem przyjemna w odróżnieniu od naszych codziennych doświadczeń z deszczem. Oczywiście pod warunkiem, że nie ubierzemy sztormiaka i nie zaparujemy go od środka.

Chłodzić możemy się także przy użyciu wentylatora. Tu mamy do czynienia z ułatwieniem parowania, które zależy nie tylko od temperatury, ale także od ilości pary jaka jest już w powietrzu. To dość logiczne jeśli zauważymy, że podobnie woda która właśnie odparowała, może się na powierzchni chłodzonego ciała – z powrotem skroplić. To jak wiele się skrapla – niestety z powrotem dostarczając ciepło – zależy od wilgotności. Tak zwala „duchota” – to powietrze nie suche, lecz bardzo wilgotne. Ciepłe a mimo to zawierające tak wiele wody, że więcej już niemal nie można w nim rozpuścić. Możemy się pocić – albo polewać wodą – nic to nie da. Utrata ciepła przez parowanie będzie bardzo utrudniona.

Jeśli ktoś nie wierzy, że suche powietrze może być znacznie cieplejsze, polecam sprawdzenie temperatury w łaźni fińskiej. Temperatury która dochodzi nawet do 100 stopni, a mimo to ludzie mogą w niej przebywać, nawet twierdząc, że robią to dla przyjemności1. Jeśli mamy możliwość zapoznania się z różnymi rodzajami saun2. Im sauna bardziej wilgotna – tym niższa temperatura musi w niej panować. W saunach parowych, gdzie wilgotność wynosi 100% - temperatura nie przekracza czterdziestu kilku stopni.

Aby usprawnić chłodzenie przez parowanie, możemy poprawić cyrkulację powietrza odprowadzając dopiero co odparowaną wodę. To dlatego taką ulgę przynosi nam nawet lekki przeciąg – gdy jesteśmy spoceni. Jednak efekt może być chwilowy i pozorny. Jeśli wchodzimy z upały do klimatyzowanego pomieszczenia i siadamy, odprowadzanie ciepła zaczyna być utrudnione. Otwarcie okna przynosi ulgę, po „przepocone” powietrze się od nas oddala, ale temperatura w pomieszczeniu podnosi się o parę stopni. Dlatego, mimo narzekania na duchotę, nie otwierajmy okien w klimatyzowanych tramwajach.

Zamiast tego – pozwólmy działać konwekcji – czyli prądom termicznym pojawiającym się wszędzie tam, gdzie substancja zmieniająca gęstość pod wpływem temperatury może swobodnie przepływać i gdzie mamy do czynienia z różnicami temperatury. Niestety – efekt jest tu znacznie słabszy.

Najmniej efektywnym sposobem pozbywania się ciepła jest promieniowanie. To nie żart. Każde ciało które ma temperaturę wyższą od zera bezwzględnego – wypromieniowuje energię w postaci fal elektromagnetycznych. Przy niewielkich temperaturach – ma nie ma to wielkiego znaczenia, ale już przy paru tysiącach stopni, to promieniowanie całkiem dobrze widać. Przykładem może być nasze słońce – które cały czas świeci i choć wypromieniowuje w przestrzeń międzygwiezdną ogromne ilości energii, to utrata energii wcale nie jest taka duża…

Gdybyśmy słońce zanurzyli w wodzie. Wiem, że nie mamy tyle wody, ale przypuśćmy, że by się znalazło. Więc gdybyśmy zanurzyli w wodzie słońce – to efekt były niewątpliwie wybuchowy, bo w końcu mamy do czynienia z całkiem sporym wybuchem termojądrowym, ale nie potrzebowalibyśmy paru miliardów lat, żeby słońce ostygło na tyle, żeby się zamienić w gwiazdę neutronową, bo w niskiej temperaturze wygrywa grawitacja, a przy takiej masie, działa silniej niż siły elektromagnetyczne na poziomie atomów.

Możemy też chłodzić się aktywnie – zużywając na to nieco energii, a właściwie dodatkowo zamieniając ją e ciepło. Dokładnie tak działają klimatyzatory, w których przepływ nośnika ciepła jest tak wymuszony, by był on w pełnym cyklu – w jednym miejscy rozprężany, a w drugim – sprężany. Przy sprężaniu – podnosi się temperatura gazu, przy rozprężaniu – obniża. Wszystko jest tylko kwestią tego które to jest miejsce – i już możemy tłoczyć ciepło pod prąd naturalnego biegu.

Na koniec ciekawostka: na takiej zasadzie działają „klimatyzatory” zrobione ze starych butelek, tyle tylko, e tu całą pracę za nas odwala wiatr.


1
 podobno najprzyjemniejsze jest w tym polanie się zimną wodą, choć sądząc po słyszanych od czasu do czasu krzykach jest to przyjemność dość specyficzna
2
 a jeszcze lepiej jak obsłucha pozwoli wnieść tam nasze przyrządy – termometr i higrometr (ale lepiej żeby nie były to przyrządy elektroniczne – bo mogą tego nie wytrzymać).
 
Opinie
 
Facebook
 
  
2382 wyświetlenia

numer 7/2017
2017-07-02

Od redakcji
Elektronika
Felieton
Film
Informatyka
Kącik poezji
Matematyka
Prawo
Rozmaitości
Wakacje

nowyOlimp.net na Twitterze

nowy Olimp - internetowe czasopismo naukowe dla młodzieży.
Kolegium redakcyjne: gaja@nowyolimp.net; hefajstos@nowyolimp.net