Согласно физике, любое одеяло может вас охладить — на несколько минут. Но настоящее охлаждающее одеяло возможно с использованием материалов с фазовым переходом.
Фотография: Ольга Иванова/Getty ImagesСохранить Сохранить
Если вы проводите много времени в интернете, вы увидите, как одни и те же вещи всплывают снова и снова. Для меня это те самые «охлаждающие одеяла», о которых люди говорят в социальных сетях. Я имею в виду, что это звучит здорово для лета — как одеяло, которое согревает, но наоборот.
К сожалению, эти продукты не делают то, что обещают. Они могут быть дышащими, поэтому они не сделают вас такими горячими, как обычное одеяло, но вам все равно будет прохладнее без одеяла вообще. Однако есть надежда. Кто-то создал настоящее охлаждающее одеяло, которое просто потрясающее. Конечно, тут есть куча физики, так что давайте перейдем к делу.
Температура против энергии
Температура — одно из тех слов, которые все используют, но никто не понимает. В химии это средняя кинетическая энергия или колебательное движение молекул в веществе. Чем сильнее волнение, тем выше температура.
Но мне нравится более прагматичное определение: температура — это свойство, которым обладают два объекта, когда они долго находятся в контакте. Так что если взять горячий кусок металла и поставить его напротив холодного куска металла, в конечном итоге они будут иметь одинаковую температуру. Тепло перетекает от более теплого предмета к более холодному, пока они не выровняются. (Примечание: это не работает наоборот; вы не можете передать «холодность».)
Мы также говорим об объектах, имеющих определенное количество тепловой энергии, которую вы получите, сложив кинетическую энергию всех частиц внутри него. Это зависит от трех вещей: массы объекта, его температуры и материала, из которого он сделан. Так, например, если сосредоточиться на массе, то большая картофелина имеет больше тепловой энергии, чем маленькая при той же температуре.
Теперь, если вы посмотрите на тип материала, каждое вещество имеет «удельную теплоемкость», которая представляет собой количество тепла, необходимое для повышения температуры этого вещества на один градус. Попробуйте это дома. Найдите два предмета, которые некоторое время простояли в вашей комнате, так что они оба имеют комнатную температуру. Вот, у меня есть брусок дерева и брусок алюминия.
Предоставлено Реттом Аллейном
Прикоснитесь к обоим предметам. Они одинаковой температуры, но дерево кажется теплее, верно? Почему? Дело не в температуре, а в тепловой энергии. Когда ваша рука касается предмета, происходит взаимодействие теплопроводности. Энергия передается от вашей более теплой руки к более холодному предмету, пока они не станут одинаковой температуры. Однако с металлическим блоком требуется гораздо больше энергии, чтобы достичь температуры вашей руки. Он кажется прохладнее, потому что заставляет вашу руку терять больше энергии.
Вы заметите то же самое, когда пойдете плавать. Температура воздуха 75°F кажется приятной и комфортной, но заход в воду такой же температуры ощущается очень холодно. Это потому, что вода имеет гораздо большую массу и удельную теплоемкость, чем воздух, из-за чего вы теряете больше тепловой энергии и чувствуете себя холоднее.
Все одеяла классные
Итак, одеяла, как они работают? Одеяло по сути является изолятором. Это означает, что оно препятствует передаче энергии между объектами при разных температурах. Укутавшись в одеяло в холодный день, вы не потеряете тепло тела в окружающий воздух, поэтому вам станет теплее. Аналогично, если вы накроете одеялом холодную газировку в теплый день, это замедлит передачу тепловой энергии от воздуха к газировке, и газировка останется холодной дольше.
Но что, если вам жарко, и вы надеваете одеяло? В этом случае могут произойти две вещи одновременно. Оно все еще может действовать как теплоизолятор и замедлять передачу энергии между вами и воздухом. Если температура окружающего воздуха не превышает 98,5°F, вам станет жарче, а не холоднее.
Однако одеяло также может иметь тепловое взаимодействие с вашим телом. Предположим, что у вас есть одеяло с температурой 80°F в контакте с человеком с температурой 98°F. Это повысит температуру одеяла, одновременно снизив тепловую энергию вашего тела. Да, оно будет действовать как охлаждающее одеяло — по крайней мере, в течение нескольких минут, пока температуры не выровняются.
Итак, что делает одно одеяло более эффективным для охлаждения, чем другое? Во-первых, оно должно иметь большую массу, чтобы для его нагрева требовалось много энергии. Во-вторых, одеяло должно хорошо контактировать с вашей кожей, чтобы увеличить тепловое взаимодействие. Так что одно из этих легких пушистых одеял не будет охлаждать вас так уж сильно. В остальном это просто обычное одеяло.
Но я любитель пробовать такие вещи, поэтому я купил дешевое «охлаждающее одеяло» в интернете. (Я знаю, кто-то скажет, что оно не работает, если вы не купите дорогое.) Тем, кто говорит, что их охлаждающее одеяло было на солнце и они измерили температуру 75°F, я вам не верю. Проверьте это. У меня на диване три одеяла. Одно из них охлаждающее одеяло, а остальные обычные. На заднем плане та же фотография, сделанная инфракрасной камерой, так что разные цвета представляют разные температуры.
Предоставлено Реттом Аллейном
Можете ли вы сказать, какое из них охлаждающее одеяло? Нет. Вы не можете. Практически нет разницы в температурах. Это все охлаждающие одеяла. Они также все обычные одеяла.
Настоящее охлаждающее одеяло
Но что, если я скажу вам, что возможно тепловое взаимодействие между двумя объектами, но один из них не меняет температуру. Да, это явление существует — оно называется фазовым переходом. Это происходит всякий раз, когда материал переходит из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газообразное.
Вот интересный эксперимент. Представьте, что я беру стакан с замороженной водой (она же лед), которая холоднее точки замерзания (может быть, –10°C). Затем я ставлю стакан на горячую плиту и добавляю к нему энергию, измеряя температуру воды по ходу. Вот как это будет выглядеть:
Предоставлено Реттом Аллейном
Как вы видите, температура льда повышается, пока не достигнет точки плавления 0°C (32°F). В этот момент температура выравнивается и остается постоянной, пока весь лед не растает, даже если в систему все еще добавляется тепло. Почему так происходит? Потому что энергия используется для разрыва молекулярных связей и превращения твердого тела в жидкость. Как только оно становится полностью жидким, температура снова начинает расти, пока не достигнет точки кипения (100°C). Опять же, температура выравнивается, пока вся вода не превратится в газ. (Вот почему приятно готовить в кипящей воде — она остается той же температуры.)
Вы можете видеть, как это может сделать одеяло более охлаждающим. Благодаря этим температурным плато во время смены фаз вы можете продолжать передавать тепловую энергию от своего тела одеялу, не нагревая его и не теряя эффективности.
Означает ли это, что вы можете использовать ледяное одеяло, возможно, с водой в гибкой подкладке, чтобы охладиться? Конечно. Но это будет мучительно, и вы можете получить обморожение. Кроме того, как только вы растопите лед и нагреете воду, вам придется положить одеяло обратно в морозильник, прежде чем вы сможете использовать его снова.
Но как насчет материала, температура плавления которого близка к температуре человеческого тела? В этом видео с YouTube-канала NighthawkInLight Бен Касик создает именно такой материал с фазовым переходом из обычных солей (сульфата натрия и хлорида натрия).
Конечно, мне пришлось попробовать сделать кое-что из этого самому. Я не химик, но, по-моему, получилось довольно неплохо.
Предоставлено Реттом Аллейном
Это зависит от вашей смеси и типа используемых солей, но у таких материалов температура плавления составляет около 18°C (65°F). Почему это важно? Ну, во-первых, это не так холодно, чтобы было больно. Во-вторых, вам не нужна морозильная камера; прохладное место, например, подвал, заставит его снова замерзнуть.
И самое лучшее, высокая температура плавления означает, что он будет медленно таять при комнатной температуре, поэтому фазовый переход длится долго — часы вместо минут — и он будет охлаждать вас в течение всего этого времени. Положите эту штуку в подкладку одеяла и вуаля! Довольно круто, правда?
Источник: www.wired.com
