Теплоизоляционные свойства снега и почему спать в снегу холодно
Снег – это атмосферные осадки, состоящие из мелких кристаллов льда. Существует устойчивое мнение, что снег является хорошим теплоизолятором и поэтому может обладать едва ли не волшебными свойствами на маршруте. Особенно хороши такие теоретические изыскания дома в тепле.
Давайте рассмотрим более внимательно аспекты использования снега на маршруте.
Снег выпадает на поверхность земли в форме снежинок примерно 5 мм в диаметре и массой 0,004 гр. При этом снежинки на 95 процентов состоят из воздуха и как раз именно это обеспечивает показатель теплоизоляции в 0,1-0,15 вт\м*гр, при плотности 100-200 кг\м3. Показатель теплоизоляции сравним с хорошими строительными утеплителями. Судя по этому, можно просто выйти на улицу, упасть в сугроб и спокойно спать – будет тепло. Тем не менее, если бы всё было так, то бомжей на улицах нашей страны было бы больше, чем в любом другом государстве мира.
Выйдем на улицу и пройдёмся по снегу. Он хрустит. За счёт чего? За счёт того, что кристаллики льда ломаются и снег уплотняется. Как частный случай, при температуре от минус двух и теплее снег не скрипит, так как кристаллы льда не ломаются, а тают. Конечного результата это не меняет – снег становится более плотным и его показатели теплоизоляции падают. Кроме этого, снег не имеет свойства лежать на поверхности именно в том состоянии, в котором упал. Он постоянно меняется, с течением времени, изменения температуры, влияния ветров, из-за переноса и дрейфа по склонам. В горах снег постепенно может превратиться в фирн, а затем в лёд. Существует большое количество состояний снега, но наилучшими теплоизоляционными свойствами обладает только свежевыпавший. Увы, обладает он этими свойствами только до тех пор, пока его не сжать. В целом, в процессе изменения свойств снега его плотность может значительно увеличиться, а теплоизоляция ухудшиться почти на порядок.
Почему тогда рекомендуются снежные норы при аварийных зимних ночёвках? Можно ли переночевать в сугробе в одежде, просто закопавшись в снег? Почему северные народы строят хижины из снега? Если, казалось бы, всё так плохо с теплоизоляцией у снега?
По поводу ночлега в сугробе всё просто – зависит от одежды. В принципе, каждый из трёх вышеозначенных вопросов завязан на второй закон термодинамики, как и почти всё, связанное с теплом. Человек, полностью зарывшийся в снег, составляет со снегом систему, которая должна уравновеситься в отношении температуры. Так как температура человека выше, чем у снега, то тепло должно интенсивно уходить от него в толщу снега. Одежда как раз должна эти потери предотвращать. Хорошим моментом является уже само то, что температура снега выше, чем воздуха и выше, чем грунта. Это уменьшает потери тепла.
Плохим моментом мы получаем то, что снег может таять и, во-первых, превращаясь в лёд, значительно терять в теплоизоляции, а во-вторых, проникая в мокром виде в нашу одежду, может снижать её теплоизоляцию. Отсюда вывод – одежда должна быть такой толщины и обладать такими свойствами, чтобы тепло, выделяемое человеком, почти полностью сохранялось в пакете одежды, при этом температура поверхностного слоя этого пакета должна всегда быть равной температуре снега, в который мы улеглись. Вот два условия, при которых ночёвка в слое снега будет безопасной. Многие животные за счёт этого и переживают зиму – шкура позволяет и жир под ней. Естественно, для всего этого нужно быть здоровым и сытым, потому что потери тепла в принципе неизбежны, и оно должно генерироваться организмом. Также соответствующим пакетом одежды должно обеспечиваться всё тело полностью, включая все лапы. Другими словами, если в хорошем тельнике, бушлате на меху, толстых ватных штанах, валенках на тёплые носки, меховых рукавицах и шапке на меху залезть в снег, то можно там вполне удобно устроиться.
О строительстве снежных нор и особенностях ночёвок в них я уже писал. Зачастую для норы приходиться искать специальное место, например, надув, где её можно вырыть. Или же самому нагребать кучу снега и ждать некоторое время, пока она смёрзнется. В отличие от просто ночёвки в сугробе, задачей норы может ставиться как раз изоляция поверхности одежды от снега. То есть, одежда слишком неподходящая, для того, чтобы просто завалиться в снег. Кроме того, в горах при непогоде другого варианта может не быть. Да, теплоизоляция снега в таких случаях невысока, но она есть в принципе. В норе нет потерь от конвекции — если нора правильно сделана, конечно. Это особенно важно, когда снаружи ветер.
Если мы роем снежную нору и у нас недостаточно плотный пакет одежды, чтобы предотвратить потери тепла через тепловое излучение, то немаловажным в успехе дальнейшего бытия будет играть коврик или импровизированная подстилка. Если её не будет, то замерзание в таком случае станет неизбежным. Если она есть, то воздух между вашим телом и стенами норы, благодаря тепловому излучению от вашего тела, немного прогреется. Чем теплее и безветреннее будет снаружи, чем толще стены у вашей норы, тем выше будет температура внутри. Ненамного, конечно, но выше. Бывает, перепада температур достаточно для выживания. Что такое перепад температуры в десять градусов? Это много для аварийной ночёвки, но при минус сорока градусах снаружи это может уже не помочь. Плюс к этому, одежда может отсыреть и если к следующей ночи она не высохнет, выжить станет сложнее.
Отсюда вывод – при неизбежной ночёвке в толще снега, чем хуже одежда, тем более чаша выбора между убежищами должна склоняться в сторону норы, при прочих равных условиях, конечно.
Теперь о снежных хижинах эскимосов – иглу. Почему свои дома они строят из снега? Ответ очевиден и прост донельзя – а больше строить не из чего. Больше там ничего нет. Это, во-первых. Во-вторых, хижины отапливаются жировками – горелками на жире. Тут всё просто – можно построить самый технологичный и тёплый дом на свете, потом прийти в него среди суровой зимы и обнаружить, что там холодно. Логично – тёплый дом, спальный мешок, одежда и прочее, они должны удерживать уже существующее тепло, а сами по себе они греть не могут, так как для этого нужен источник энергии. Также и иглу эскимосов – они теплы, пока в них топят. Также, как туристическая палатка с печкой – на улице может быть минус тридцать, а внутри плюс тридцать. Разница только в том, что палатка теплоизоляции вообще никакой не имеет и стоит только прекратить топить печку, как температура в течение короткого промежутка времени сравняется с уличной. У иглу теплоизоляция какая-никакая, а присутствует. По сравнению с палаткой, она просто отличная. Грамотная конструкция, плюс в долговременных посёлках шкурами укрываются и стены жилища, существенно повышая степень удерживания тепла.
В походах с палаткой снег может являться защитой от ветра. Палатку вкапывают, юбку засыпают снегом, строят ветрозащитные стены из блоков. В долговременных лагерях выше уровня леса и при наличии толстого снежного покрова, кухни и отхожие места часто делаются в виде пещер, а переходы между палатками и пещерами выполняются траншеями.
Вывод: снег хороший теплоизолятор в том случае, если ничего другого нет, и при том условии, если с умом подходить к его использованию. Но его свойства не спасут человека, который уже замёрз, устал, голоден или просто его снаряжение и одежда не позволяют достичь цели выживания при помощи только лишь укрытий из снега.
Источник
Как объяснить ребенку, почему становится теплее, когда идет снег
Морозными зимами мы радуемся вдруг начавшемуся снегопаду, ведь это значит, что можно смело брать санки-лыжи и отправляться на прогулку – на улице потеплело. Но какая связь между температурой воздуха и падающими снежинками? Многие уверены, что именно потепление вызывает снегопад. И ошибаются в этом, по крайней мере, отчасти.
Причин потепления существует несколько, все они связаны с нагреванием атмосферы вокруг Земли:
- атмосфера поглощает солнечную радиацию;
- поверхность сама излучает тепло;
- тепло образуется в результате испарения и конденсации водяного пара.
Земная поверхность поглощает тепловое излучение атмосферы почти полностью. Встречное излучение увеличивается, если регион затягивает облаками. Снег оповещает о том, что наступает циклон. Свойства этого природного явления таково, что идущий впереди теплый фронт «вбирает» массы нагретого воздуха. Небо покрывается облачным слоем, который подобно шубе препятствует остыванию земли – тепловое излучение поверхности остается в атмосфере, не улетая в открытый космос.
Таким образом, потепление во время снегопада – в основном заслуга облаков, крепко «обнимающих» небо.
Температура при снегопаде повышается и еще по одной причине. В воздухе из водяного пара рождаются миллионы снежинок. Они увеличиваются в размерах, процесс кристаллизации сопровождается выделением тепла, которое передается окружающему воздуху.
Если у Вас есть свой интересный вариант объяснения ребенку, почему становится теплее, когда выпадает снег, смело делитесь им в комментариях.
Ставьте ПАЛЬЧИК ВВЕРХ и подписывайтесь на наш канал , чтобы не пропустить важные инструкции для расширения кругозора Ваших детей.
Источник
Физика города: почему вместе со снегопадом приходит потепление
Иллюстрация: Ольга Денисова
На этой неделе в Москву вернулась зима: пошел снег и основательно похолодало. В нашем сознании снегопады прочно связаны с зимой и морозами. Однако, вы наверняка не раз обращали внимание, что с появлением снега в городе становится теплее. Как же в действительности обстоит дело? Приходит ли снег вместе с холодом или с теплом? Мы попросили коллег из журнала «Кот Шредингера» помочь разобраться.
Для начала заметим, что все происходит вот как: снег выпадает, когда становится теплее. То есть причинно-следственная связь этих явлений обратная. Это, конечно, вовсе не означает, что летом нас может накрыть снежная буря (хотя такое тоже иногда случается), ведь снежинки — это замерзшая вода, а она замерзает только при температуре ниже нуля. Чаще всего снегопады атакуют нас зимой, когда приходят циклоны и теплый атмосферный фронт. Рассказываем об этих гостях и связанных с ними причудах природы по порядку.
Откуда падает снег
Осадки — снег, град или дождь — формируются из облаков. Чем теплее и влажнее воздух, тем мощнее облачность — это аксиома. Когда ветра приносят в город теплый атмосферный фронт — то есть разогретый и влажный воздух, который начинает наползать на холодный — облаков становится больше, и выпадает снег. А вместе с ним теплый фронт подогревает наш город. И тут не обязательно дело доходит до оттепели, однако морозы, как правило, спадают. Это — основной механизм зимних потеплений.
Одеяло из облаков
Порождающие снегопад облака, толщиной до двух-четырех километров, сохраняют тепло на земле, подобно пуховому одеялу. Нагретая Земля всегда излучает длинноволновую радиацию — иначе говоря, тепло. В условиях антициклона, когда массивные облака улетают далеко, возникает большая разница между холодной температурой воздуха и температурой нагретой Земли — и тогда она излучает свое тепло безвозвратно. А вот когда приходит циклон (пасмурная погода с осадками) согревающая земная радиация отражается от облаков и возвращается к поверхности Земли в виде мощного встречного излучения. Так, температура воздуха остается плюсовой.
Дополнительная порция тепла
Есть еще один момент, который влияет на изменение температуры в плюсовую сторону. При образовании облаков происходит конденсация водяного пара. Помните термин из школьного курса физики — «экзотермический процесс»? Так вот в облаках идет именно он.
По этим причинам снегопад и потепление зачастую приходят вместе. Но вообще, природа — штука хитрая, и иногда удивляет нас странным поведением. Например, в Москве c 31 января по 1 февраля наблюдалась аномально теплая погода с дождями. А после с холодным фронтом пришли мощные снегопады и морозы. Так что, природа ведет себя в лучших традициях дуализма — снег может прийти и с похолоданием, и с потеплением.
О «Физике города»
Каждый день, просыпаясь утром, мы погружаемся в город, полный фактур, звуков и красок. Пока мы идем на работу и гуляем в парке, нам в голову приходит миллион вопросов о том, как же все вокруг нас устроено в этом огромном мегаполисе. Почему небоскребы не падают? Чем отличается кровь горожанина от крови жителя деревни? Выше какого этажа не стоит жить и почему?
Мы предложили коллегам из журнала «Кот Шредингера» дать ответы на наши вопросы и разъяснить, чем опасно обилие городского освещения, как наше дыхание может навредить окружающим и из-за чего люди болеют зимой. Так появился проект «Физика города». Новые вопросы и новые ответы ищите на нашем сайте по понедельникам и четвергам.
Источник
Почему в снежном доме тепло, а в ледяном холодно?
Казалось бы, лёд и снег – просто замёрзшая на морозе вода, и разницы быть не должно. Но на практике разница колоссальна! Стены, сложенные из ледяных блоков (такие стены можно увидеть, например, в устраиваемых зимой ледяных городках), буквально «дышат холодом». Внутри ледяного дома и вправду можно быстро замёрзнуть!
А вот убежище из снега, наоборот, оказывается неожиданно тёплым! Спросите у мальчишек, которые выкапывают зимой в больших сугробах пещеры – внутри такой пещерки вполне даже уютно и тепло, и даже если на улице мороз 20 градусов, в снежной пещере можно сидеть и рассказывать разные истории часы напролёт.
Вот данные, приведённые знаменитым российским путешественником В.Г. Воловичем, доктором медицинских наук. Во время опытов в Арктике при температуре наружного воздуха –40 градусов и скорости ветра 5-7 метров в секунду внутри снежной пещеры температура была –5 градусов, а при обогреве таблетками сухого спирта – и вовсе 0 градусов!
Жители крайнего севера – эскимосы – придумали строить из снега хижины, которые называются «иглу». Датский путешественник и полярный исследователь Кнуд Расмуссен писал о том, что при наличии достаточного количества жировых ламп внутри эскимосской иглу так тепло, что «люди могли расхаживать полуголыми в полное своё удовольствие».
В чём же дело? Почему один и тот же материал – замёрзшая вода – обладает настолько разными свойствами? Почему в убежище из снега тепло, а в убежище из льда – холодно?
Секрет заключается в том, что внутри снега содержится очень много воздуха – до 90%. А воздух – это самый лучший в мире теплоизолирующий материал. Ледяная стена, соприкасаясь с воздухом хижины, постоянно охлаждает его – это самый настоящий природный холодильник; снежная стена, напротив, работает «одеялом», сохраняя внутри убежища даже самое крохотное тепло – например, тепло человеческого дыхания. Именно поэтому внутри снежной пещеры температура может быть на 20-30 градусов выше, чем снаружи!
В Швейцарии, в деревне Церматт, энтузиастами была даже построена «иглу-деревня» – приличных размеров туристический комплекс, целиком сделанный из снега. Вместо номеров в этом «отеле» гостям предлагают иглу разной вместимости, иногда даже украшенные ледяными скульптурами. А главная достопримечательность комплекса – гигантская снежная хижина-иглу, диаметром 12 метров и высотой 10 метров. Внутри этой «снежной избушки» спокойно поместились бар, ресторан и даже небольшой бассейн!
Источник
