Физика бани: что происходит с телом в парной
МОСКВА, 27 сен — РИА Новости, Ольга Коленцова. Существует три разновидности горячих водных процедур: финская сауна (температура 70-110 градусов Цельсия, влажность 10-15 процентов), турецкий хамам (температура не выше 50 градусов Цельсия, а влажность почти 100 процентов) и русская баня (60-70 градусов Цельсия при влажности 90 процентов).
Чтобы разобраться в данном феномене, для начала сравним разные виды бань и отметим, что чем выше температура, тем ниже влажность. Последняя показывает количество молекул воды в воздухе, иными словами, его насыщенность водяным паром.
Взаимосвязь температуры и кинетической энергии легко понять, если посмотреть на пар и лед. В первом случае видно активное движение (конечно, не отдельных молекул, а их совокупности), а во втором нам кажется, что замороженная вода неподвижна. На самом деле это не так, но наш глаз не улавливает столь малого движения.
Существует простая формула пересчета температуры в энергию.
Слева кинетическая энергия, которая и является мерой движения всех физических тел. k — постоянная Больцмана, а T — непосредственно температура в кельвинах. Чтобы перевести ее в градусы Цельсия, достаточно отнять 273. Из школьного курса мы помним еще одну формулу, по которой можно рассчитать кинетическую энергию.
Из этого можно вывести формулу для расчета скорости движения молекул воды в зависимости от температуры.
Масса молекулы воды приблизительно составляет 3×10 ⁻ ² ⁶ килограмма. Этих данных хватит, чтобы рассчитать скорость движения молекул воды в каждом виде бани. Получим, что в турецком хамаме молекулы «бегают» со скоростью 667 метров в секунду, в русской бане 689 метров в секунду, а в финской сауне 717 метров в секунду. Кажется, что разница невелика, но клетки нашей кожи выдерживают весьма небольшой диапазон скоростей молекул, в частности воды. И если выйти за его пределы, кожа начинает повреждаться, ведь молекулы, из которых состоят приповерхностные клетки, перенимают часть энергии каждой молекулы воды, с которой «соприкасаются». Они тоже начинают двигаться быстрее и активнее — так мы и получаем ожоги.
Источник статьи: http://ria.ru/20170927/1505653809.html
Исследовательская работа «Физика в бане»
Исследовательская работа по физике»Физика в бане»
Просмотр содержимого документа
«Исследовательская работа «Физика в бане»»
ученик 10 класса
1. Актуальность вопроса 2
1.1. Определение проблемы 2
1.2. Цели исследования 2
1.3. Задачи исследования 2
2. Теоретическая часть 3
2.1. Преимущества бань 3
2.2. Два вида русской бани: по-черному и по-белому. 4
2.3. Характеристики русской бани 6
3. Практическая часть 8
3.1. Наблюдение за изменением влажности 8
3.2. Наблюдение за изменением температуры. 9
3.3. Определение количества теплоты, полученного от нагревателя (дрова). 10
3.4. Расчет и анализ количества «полезной» теплоты. 10
3.5. Расчет мощности печи. 13
3.6. Расчет КПД печи. 14
3.7. Расчет стоимости обслуживания. 14
4. Анализ полученных результатов. 15
5. Пути усовершенствования конструкции 15
6. Список литературы: 16
1. Актуальность вопроса 1.1. Определение проблемы
Изучая на физике тему «Тепловые явления» мы заинтересовались – а как в жизни можно применить полученные знания. Ведь тепловые процессы сопровождают нас повсюду, и найти объект для исследования не составило большого труда. Мы решили исследовать баню — так как, проживая в сельской местности, мы посещаем её достаточно часто, и нам стало интересно – какие физические процессы в ней происходят. Мы решили исследовать и сравнить бани двух типов: «по-черному» и «по-белому». Мы предположили, что так как в бане «по-белому» имеется прямой контакт печи с окружающей средой и, как следствие, потери энергии больше, нежели в бане «по-черному», то мощность и КПД такой бани будут ниже. Вот эту гипотезу мы и проверили на практике.
1.2. Цели исследования
Исследование и сравнение параметров разных конструкций бань
Исследование возможности получения выгоды за счет усовершенствования конструкции.
1.3. Задачи исследования
Поиск, обработка и анализ информации о характеристиках русских бань:
— изучение устройства и принципа действия бани;
— изучение различных типов бань
Расчет мощности печи
Расчет КПД печи
Расчет стоимости обслуживания бани
Поиск путей усовершенствования конструкции
2. Теоретическая часть
В журналах, имеющихся в наличии в сельской библиотеке («Сельская новь», «Приусадебное хозяйство», «Печи и камины», «Работница» и других) мы нашли сведения о банях, которые излагаем ниже. Кроме того, мы беседовали с местными жителями о том, какими банями они пользуются и как могут их охарактеризовать.
2.1. Преимущества бань
История бань уходит своими корнями в глубокое прошлое. Известно, что бани существовали еще до расцвета Эллады. На острове Крит, недалеко от города Гераклион, при раскопках был найден древний город. За тысячу лет до расцвета Древней Эллады здесь была богатейшая культура. Среди прочих строений были обнаружены ванны, бассейны и бани. Баня оказывает на человека целебное воздействие. Древние египтяне при встрече спрашивали друг друга: “Как вы потеете?” Они знали, что если человек хорошо потеет, это признак доброго здоровья.
У бани есть несколько неоспоримых преимуществ, по сравнению с современными устройствами:
1. В отличие от самого современного и удобного санузла баня способна снимать с нас напряжение и стресс. Приятное банное общение, новые встречи, впечатления и контакты нас расслабляют и успокаивают.
2. Высокая температура в бане активизирует работу потовых желез. Вместе с потом из нашего организма наружу выходят разные шлаки. В результате улучшается работа почек, водно-солевой обмен. Ученые подсчитали, что за “банный час” человек выделяет от 500 до 1500 г пота.
3. Обильное потоотделение раскрывает поры кожи. В результате кожа становится атласной и упругой.
4. Банные процедуры стимулируют белковый обмен, что ведет к лучшей усваиваемости белков, жиров, углеводов, минеральных элементов.
5. Обмен веществ повышается примерно на 30 процентов.
6. В организме парящегося человека сгорает холестерин — виновник возникновения одного из самых грозных заболеваний века — атеросклероза.
7. Кроме того, баня “заряжает” нас энергией. Она улучшает нервно-психическое состояние, сон, аппетит, тренирует выносливость организма, приспосабливая его к экстремальным условиям, а также усиливает иммунитет.
2.2. Два вида русской бани: по-черному и по-белому.
Баня по-черному — старинная русская баня, которой пользовались наши предки многие и многие годы, да и сейчас этот вид бани еще сохраняется в северных российских деревнях и в Сибири. Она представляет собой бревенчатую избушку, в которой совмещены парная и моечная. Обогрев помещения осуществляется от костра, который горит в очаге, расположенном обычно в центре помещения под кучей камней.
Рис. 1. Баня по-черному
Трубы в бане по-черному нет, и дым из топки, пройдя через камни, аккумулирующие жар, циркулирует по помещению, обогревая стены, потолок, и затем уходит через отверстия в крыше (потолке) и стенах, а также через полуоткрытую дверь. Потолок и стены в такой бане всегда закопченные, отсюда и название бани — по-черному. Когда баня истоплена, то после полного сгорания дров оставшиеся головешки и угли выбрасывают во двор. Затем закрывают все отверстия, через которые выходил дым из очага. Баня должна выстояться час-полтора, чтобы вышел угарный газ; после этого стены окатывают водой, моют пол, полок. Для опаривания бани обязательно поддают на раскаленные камни один-два ковшика воды.
Бояться копоти в бане по-черному не следует, в ней коптятся в основном только стены и потолок; лавки, полки не окутываются дымом и остаются чистыми. Для полной гарантии их достаточно окатить водой. Если же использовать только березовые или осиновые дрова, то при их сгорании образуется очень мало сажи. Имеющаяся же в бане сажа полезна тем, что она поглощает все дурные запахи, сажа буквально дезинфицирует помещение парной. Баня по-черному, без трубы, имеет ряд преимуществ перед баней по белому, у которой для выхода дыма выведена труба. Баня по-черному проще и дешевле в постройке, не надо выводить трубу через деревянные конструкции и соблюдать при этом строгие правила пожарной безопасности. Стены бани по-черному быстрее и сильнее прогреваются, так как жар из печки-каменки, пройдя через камни, не вылетает в трубу, обогревая белый свет, а растекается внутри помещения и все прогревает. Дров для такой бани, особенно для заглубленной, надо гораздо меньше, топить баню по-черному надо не с утра, как белую, а всего два-три часа. В бане по-черному чувствуются гораздо сильнее и больше приятные запахи от бревенчатых стен, потолка, елового лапника и трав, разбросанных заранее; воздух в ней буквально насыщен ароматом. В бане же по белому запахи и ароматы появляются только тогда, когда запарен веник или плеснешь на раскаленные камни отвар трав.
На рис. 2 показана самая простая деревенская баня по белому, состоящая всего из двух помещений: предбанника и парилки.
Рис. 2. Простейшая русская деревенская баня по белому: 1 — предбанник; 2 — парная и моечная; 3 — полок; 4 — печь
В бане по белому не исключена угроза отравления угарным газом, и чтобы избежать этой опасности, необходимо придерживаться следующих правил: когда баня истоплена и достаточно уже прогрета, надо тщательно перемешать угли в топке, чтобы не осталось даже маленькой тлеющей головешки. Если в топке имеются большие тлеющие головешки, их следует оттуда убрать и погасить в ведре. Из поддувала печки также нужно все выгрести, так как там могут находиться долго тлеющие угли.
2.3. Характеристики русской бани
Необходимо строго соблюдать некоторые условия, как при обустройстве бани, так и при ее эксплуатации. Парная бани должна иметь приборы, измеряющие и контролирующие температуру и влажность в помещении.
1. Температура в парной измеряется контрольным термометром, который устанавливают на уровне головы стоящего человека, чтобы можно было знать максимальную, достоверную температуру воздуха, находясь на полке парной. Строго запрещено использовать в бане ртутные термометры. Если случится несчастье разбить его, то ртуть уже не собрать. Находясь в парной при высокой температуре, ртуть интенсивно испаряется, а вдыхание паров ртути очень опасно для здоровья: ртуть накапливается в организме, отравляя его. Ртуть не выводится из организма человека естественным путем, даже с потом, интенсивно выделяемым в парной.
2. Влажность в бане определяют посредством прибора, называемого гигрометром. Содержание влаги в воздухе парной по показанию гигрометра должно колебаться в пределах 40—70 г воды на 1 кг воздуха (60—85 г воды на 1 м3 воздуха). В парной вреден и слишком сухой воздух, и слишком влажный; в этих граничных условиях создается дискомфорт, особенно тяжело переносимый новичками и людьми с ослабленным здоровьем, которым не противопоказана баня. В помещении парилки желательно также иметь простые песочные часы для контроля времени проведения банной процедуры.
3. Вентиляция обязательно должна предусматриваться в любой бане, тем более в комфортной, индивидуальной. Приток свежего воздуха желательно обеспечить комбинированно: через двери, форточку, отдушину и специальные вентиляционные каналы.
Рис.3. Варианты вентиляции помещения парилки: а, б — с противоположным расположением отверстий; в — с расположением отверстий на одной стороне
Отдушину устраивают обычно над верхней полкой полка. Она представляет собой прямоугольное отверстие в стене размером 15—20 см, которое закрывают съемной заглушкой. Более практично заглушку отдушины или вентиляционного канала изготовить в виде скользящей заслонки, которой легко можно регулировать величину отверстия и степень вентиляции парной. Для обеспечения притока свежего воздуха в парную бани делают приточное вентиляционное отверстие на высоте 0,3—0,5 м от пола. Приточное отверстие устраивают вблизи печки-каменки, желательно сзади, чтобы поступающий воздух успевал немного нагреться. Приточное отверстие необходимо закрыть решетчатым щитком, чтобы воздух в парилку поступал не сплошным потоком, а отдельными струйками. Через верхние вентиляционные отводящие отверстия можно горячим воздухом обогревать предбанник и моечное помещение. На рис. 3 показаны варианты вентиляции парилки с разным расположением приточных и отводящих отверстий. Надо помнить, что, чем ниже расположено отводящее отверстие, тем в большей степени экономится тепло печки-каменки. Поэтому месторасположение отводящего вентиляционного отверстия необходимо выбирать в зависимости от тепловой мощности установленной в бане каменки.
Обеспечение парилки хорошей вентиляцией должно быть предметом особого внимания при строительстве бани, так как недостаток свежего воздуха затрудняет дыхание, появляется чувство слабости, вялости и желание прекратить банную процедуру.
4. Наилучший материал для стен бани — это грубо обработанное гладкое дерево. Стены в бане желательно выполнить вертикальной обивкой вагонки из липы, осины или березы с прокладкой пароизоляционного слоя (пергамин, фольга). Поверхность деревянной обшивки можно слегка обжечь паяльной лампой для лучшего проявления текстуры дерева. В помещении парной все, с чем соприкасается кожа вашего тела, должно иметь гладкую поверхность, без задиров, острых краев, натеков смолы. Все металлические предметы необходимо применять только оцинкованные, они должны быть утоплены, спрятаны в дерево.
5. Освещение парной и других помещений бани должно быть неярким и комбинированным (от солнца и электрическое). Внутрь бани не должны бить прямые солнечные лучи. Поэтому окна бани лучше располагать на запад, тогда неяркие лучи заходящего солнца создадут прекрасную обстановку уюта и спокойствия. Для электрического освещения необходимо применять светильники герметичной конструкции с плафонами молочного или желтого цвета. Плафоны устанавливают на стене или потолке таким образом, чтобы они доставляли как можно меньше неудобств. Их углубляют в стену и закрывают мелкой деревянной решеткой. Электроразводку в бане необходимо выполнять закрытой, с прокладкой ее внутри поливинилхлоридных трубок. В помещении парной освещение будет вполне достаточным от небольшого окна, размером 40х60 см, желательно с двойным остеклением. Но для темного времени суток в парной необходимо иметь резервное электроосвещение от плафона, выключатель которого должен находиться в предбаннике.
3. Практическая часть
Мы провели следующие эксперименты в двух типах бань: «по-черному» и «по-белому»
1. Наблюдение за изменением влажности
2. Наблюдение за изменением температуры
3. Определение количества теплоты, полученного от нагревателя (дрова)
4. Расчет и анализ количества «полезной» теплоты
Источник статьи: http://multiurok.ru/files/issledovatelskaia-rabota-fizika-v-bane.html
