Человек и Тепло

ЧЕТЫРЕ   ОСНОВНЫХ   ИСТОЧНИКА   ТЕПЛА
Солнце. Земля. Био. Техника.

1. Берегись - Солнце! По большому счету все живое на Земле существует благодаря солнечной энергии, которая достигает Земли в виде электромагнитных лучей. Солнце - это центральное тело солнечной системы, представляет собой раскалённый плазменный шар (раскаленный газ), эффективная цветовая температура поверхности - около 6000°С. Пятна на поверхности Солнца - холоднее ( 4500°), протуберанцы горячее (10000°), в глубине - миллионы градусов. Этот раскаленный излучатель снабжает Землю энергией - лучи Солнца через 8 минут достигают Земли, которые прогревает земную и водную поверхности. Лучи Солнца - это электромагнитные волны в широком спектре - от километровых радиоволн до микронных гамма-лучей. В солнечном спектре около 50% - инфракрасные (ИК) лучи, остальное - видимый свет, ультрафиолет (УФ), рентген и т.д.. Окрестности Земли достигают и заряженные частицы разных энергий - как высоких (солнечные космические лучи), так и низких и средних (потоки солнечного ветра, выбросы от вспышек) Наконец, Солнце испускает мощный поток элементарных частиц - нейтрино, которые проходят сквозь Землю.

Испепеляющая энергия Солнца определяет и поддерживает жизнь на Земле. Нет ли здесь противоречия?

Рис. 1. Глубина проникания электромагнитных волн в тело человека. Штриховая стрелка (при 9.35 мкм) условно характеризует рефлекторный саморазогрев изнутри тела человека при создании определенных условий (например, при воздействии экстрасенса)..

Рис 1. В отличие от контактного тепла, лучистое тепло способно проникать в тело человека сразу на некоторую глубину, в зависимости от длины волны. Глубина проникания в тело человека электромагнитного излучения нарастает при переходе от УФ излучения до оранжевого с 0.7-08 до 2.5мм, а для красных лучей (0.76 мкм) составляет 20-30мм. Максимум проникания - это 60-70мм - достигается в ближнем ИК диапазоне при длине волны 0.95 мкм, а в среднем и дальнем ИК диапазонах резко снижается до 0.3-0.5мм. (Общая физиотерапия. Боголюбов В.М, Пономаренко Г.Н.) Прогрев тела происходит в некотором слое (глубиной до 50-70мм), что ощущается гораздо мягче, чем контактный прогрев, когда теплопередача вначале сконцентрирована в тонком молекулярном слое. Чем меньше тепло поглощается веществом, тем глубже оно проникает в него. Теплое тело человека излучает ИК лучи, максимальный поток которых приходится на длину волны около 9.35 мкм.

Весь ИК-диапазон лучей: от 0.76 мкм до 1-2 мм.

Парниковый эффект. Прошедшее сквозь атмосферу излучение Солнца поглощается сушей и океаном - они в свою очередь излучают ИК лучи. Для такого излучения азот и кислород атмосферы прозрачны. Однако водяной пар и углекислый газ жадно поглощают ИК лучи, испускаемые поверхностью нашей планеты. Благодаря этому воздушная оболочка удерживает тепло. В этом и заключается парниковый эффект атмосферы. Между приходом солнечной энергии на Землю и ее потерями в общем существует равновесие.

2. Мягкое тепло Земли.

Жизнь на земле. Итак, лишь часть испепеляющих лучей Солнца достигает поверхности земли и поглощается ею. Кроме этого сама Земля - это оторвавшийся и полуостывший кусочек Солнца, который до сих пор хранит его тепло, которое изнутри прогревает поверхность Земли - землю, воду и воздух. А уж нагретые вода и суша дают то мягкое тепло, которое и обеспечивает жизнь на Земле. Это тепло обеспечивает климат на Земле - свой климат в различных районах. В целом Земля выглядит из космоса, как небесное тело с температурой около 36°С - это обусловлено внутренним теплом Земли и лучистым теплом от Солнца, которое поглощается поверхностью Земли. Таким образом, атмосфера защищает нас от жгучих лучей Солнца, а согревает нас живительное тепло Земной поверхности, нагретое горячими лучами Солнца.

Все это - тепло от космоса (в отличие от технического тепла, созданного руками людей). И людям и животным нравится это тепло - они селятся около вулканов, где теплая земля, и около источников с горячей водой, купаются в них. Вероятно, так возникли и первые бани. Хотя периодически случаются неприятности, когда вулкан просыпается и происходит извержение пепла, лавы и камней. Итак, баланс космических стихий - огненного света и ледяной тьмы - создали в приземном слое условия с температурой около 36°С. Под влиянием грозовых разрядов в первобытном бульоне Великого океана зародилась и развилась жизнь. Организм теплокровных унаследовал и состав морской воды, и температурный режим внутри себя. Эволюция шла таким образом, что внутренняя температура живых организмов зафиксировалась на уровне 30-40°С. По-видимому относительно этого уровня и сформировались понятия "тепло", "холодно" и "горячо". Солнечную радиацию напрямую могут усваивать только растения с помощью фотосинтеза - этот процесс идет с поглощением углекислого газа и выделением кислорода. В то же время, большое количество химических процессов на Земле идет с поглощением кислорода - дыхание животных (медленное окисление) и сжигание топлива (быстрое окисление).

3. Нежное БиоТепло.

Все живое на Земле научилось вырабатывать свое тепло. Каждый теплокровный организм очень тщательно следит за стабильностью температуры своего тела, особенно внутренних органов - тут счет идет на десятые доли градуса °С. Внутри нашего тела идут сложные процессы выработки тепла (мощность в покое около 100 вт, при тяжелой работе - около 400 вт) и стабилизации температуры. Биотепло получает плод в утробе матери - это идеальный вариант контактного прогрева со всех сторон мягким теплом. При заболевании организм повышает температуру своего тела на 2-4°С, включая тем самым оздоровительный процесс (См. подробнее лихорадку). Между прочим, пчелиный рой (а это - своеобразный живой организм) имеет температуру около 36°С. И когда рой заболевает (заражение клещом), то пчелы в улье повышают температуру до 40°С, и клещ погибает и осыпается. Таких аналогий много в живой природе.
Итак, Космос создал среду обитания с температурой 36°С. Возникла и сформировалась жизнь настроенная на такую температуру. Такое тепло и надо предлагать человеку. А что предлагает нам цивилизация? Что представляет собой техногенное тепло?

4. Осторожно, ТехноТепло!

Когда не хватает своего тепла и тепла в окружающей среде, человек разводит костер в пещере, или строит жилье и обогревает его, используя бойлер, котел (дрова, уголь или электричество - это законсервированная энергия Солнца). Он организует микроклимат в своем жилье, использует различные обогреватели. Прогревается, парится в бане, принимает ванны с горячей водой.
Хитроумные инженеры говорят, что чем больше паровой котел и чем выше температура в топке, тем экономичнее и с большим коэффициентом полезного действия (КПД) мы используем топливо. По такому принципу строят огромные ТЭЦ.
А чем меньше обогреватель (например, тепловентилятор), тем больше экономия материала, из которого сделан обогреватель и тем выше его температура (например, металлическая печь против кирпичной). Поэтому технотепло всегда высокотемпературное, и как будет показано, оно жесткое и не годится в прямом виде для живого организма. Его надо трансформировать в мягкое тепло.
Высокотемпературные обогреватели. На теплоэлектроцентрали в огромных установках сжигают топливо при высокой температуре (1000°С и выше) и получают техногенное тепло - перегретые пар и воду с высокой концентрацией тепловой энергии. Такое тепло трудно хранить и транспортировать к месту потребления. Из-за несовершенства теплоизоляции часть тепла при транспортировке теряется на обогрев окружающей среды (50-60%) и уходит опять в Космос. Далее надо понизить температуру теплоносителя, если это тепло предназначено для обогрева человека. На этой трансформации тепла тоже экономят, и в результате человеку предлагают обогрев устройствами с высокой температурой - от 70°С до 120°С, что гораздо выше 30-40°С - температуры живого организма. Так постепенно температура радиаторов в жилых помещениях увеличилась с 50°С до 70°С и выше. Только в больницах и в детских учреждениях температуру обогревателей не разрешают повышать более 50°С.
Еще хуже ситуация с электрообогревателями - тепловентиляторами и лучистыми приборами. Здесь могут предлагать использование устройств с в диапазоне от красного до белого каления, что соответствует температурам от 500°С до 2000°С. Такие обогреватели предназначены в основном для производственных помещений, для технических целей. например. поддержание определенной температуры на складе, но случается, и довольно часто. их используют в жилых и офисных помещениях, а также в саунах. И если обычно человека защищает одежда от жестого лучистого тепла, то в сауне происходит прямой нагрев таким тепло, и несмотря на интенсивное увлажнение кожи потом, человек получает нежелательные ожоги на микро- и даже макроуровне.
В производственных помещениях, да и в быту предлагают обогреватели с температурами 200-600°С и выше. Температуру 1500-2000°С имеют излучатели раскаленные до белого каления. На красных углях готовят шашлык, около красной спирали обжаривают шаурму. Все это - жесткое лучистое тепло (ЖЛТ) для живых организмов.
В повседневной жизни мы имеем дело с излучением от нагретых тел - это ИК диапазон. В спектре любого нагретого тела 50% и более - это ИК лучи. Когда металл нагревают, например, спираль в электрообогревателе, то при достижении 600-700°С он начинает светиться. Сначала красным светом, потом желтым и, наконец, ослепительно белым (с 1400°С, см. Приложение ).
Постепенно повышают температуру батарей водяного отопления до 70-80°С. В СНиПе можно найти указание, что температура обогревателей в больнице и детских учреждениях не должна превышать 50°С. Но при продаже обогревателей эта информация, как правило, отсутстсвует.
При более высокой температуре
1) усиливается конвекция в помещении, воздух обтекая заземленные батареи теряет отрицательный заряд и становится неактивным для дыхания;
2) органическая пыль, всегда присутствующая в воздухе, разлагается и пастеризуется, что тоже ухудшает кондиции воздуха.

5. Особенности воздействия тепла.

Воздействие контактного тепла. Каждый может для себя выяснить, что погружение в горячую воду при 45-50°С - весьма болезненно, хотя при постепенном нарастании и можно вытерпеть, но это существенный экстрим, а не оздоровление. Те же ощущения мы получим, обхватив рукой трубу с горячей водой при 45-50°С. Если же контакт происходит с нагретым воздухом, то для оценки критической температуры большую роль имеет влажность воздуха, а точнее возможность охлаждения испарением влаги с нашего тела, которое всегда увлажнено из-за проницаемости сосудов и клеток, а также выделениями потовых желез. Кроме этого контакт с нагретым воздухом воспринимается мягче из-за низкой теплопроводности воздуха. Находясь в неподвижном горячем сухом воздухе (например, 100°С) мы окружены тонким слоем воздуха, который мы охладили своей кожей до 40°С.
Контактное тепло мы получаем при контакте с нагретым предметом. Например, при погружении руки в горячую воду поверхность руки мгновенно принимает температуру воды, и это довольно чувствительно воспринимается нами. Если вода достаточно горячая, мы можем инстинктивно отдернуть руку. При продолжении контакта тепло от кожи "от молекулы к молекуле" будет проникать вглубь нашего тела - явление теплопроводности, скорость которой мм/мин. Кроме этого тепло будет разноситься кровью. Постепенно мы прогреваемся.

Воздействие лучистого тепла.Труднее понять воздействие лучистого тепла. Многие из нас загорали под солнцем, кожа некоторых покрывалась волдырями, случались и тепловые удары. Или, например, сидит человек около костра или перед камином - сначала приятное тепло, игра языков пламени, но потом замечаешь жгучесть лучистого тепла, начинает припекать - надо изменить позу, затенить один участок тела, подставив под обогрев другой. Такие же ощущения в ИК кабине, где температура излучателей 300-500°С. Вспомним, что при почти такой температуре готовят шашлык на темных или темно-красных углях или шаурму около красной спирали электронагревателя. Все эти симптомы неслучайны - такое тепло слишком жестко для живых существ, включая человека.
Лучистое тепло, проникая в наше тело, вызывает распределенный в некотором слое (глубина 10-70мм) нагрев, поэтому воспринимается менее остро, чем контактное тепло, но от этого не становится менее вредным для клеток, которые жывут и функционируют при температуре 35-38°С. . Кроме того, поверхность кожи постоянно увлажняется изнутри, и испарение этой влаги существенно влияет на тепловой баланс, уменьшая тепловую нагрузку на организм.
И еще - облучаемый теплом участок кожи контактирует с воздухом и может охлаждаться, если воздух прохладнее кожи. Вот почему макроощущения всего организма запаздывают правильно реагировать на жесткое лучистое тепло. И когда мы чувствуем дискомфорт от жесткого лучистого тепла, то на клеточном уровне давно произошли микроожоги, и наш иммунитет вынужден тратить силы на восстановление поврежденной структуры тканей. Для специалистов эта ситуация давно ясна, но потребитель нагревательных устройств часто не получает достоверную информацию об этом. В результате высокотемпературные обогреватели входят в наш быт, в жилье, используются в саунах и банях.
Лучистое тепло мы ощущаем от Солнца, от костра, от любого нагретого предмета на расстоянии, не прикасаясь к нему. Нагретые камни излучают тепло, которое и воспринимает наше тело на расстоянии. Интересно то, что лучистое тепло может согревать не только поверхность нашего тела, но луч тепла может проникать вглубь тела и согревать его как бы внутри, на некоторой глубине. Посмотрите на Солнце сквозь ладонь - мы увидим, что ладонь красная. И уши на просвет красные. Это потому, что наше тело частично прозрачно для лучей Солнца, и эти лучи, проникая в тело, согревают нас по всей глубине проникания. Это важное отличие от второго способа - контактной теплопередачи.

Биотепло или Техно? Итак, мы видим, что Солнце дает испепеляющее тепло , а Земля преобразует его в БиоТепло - около 36°С - на этом основано появление жизни на земле и поддержание ее.
Л. Пастер давно понял, что 60-70°С достаточно, чтобы надежно убить все живое.
Все живое состоит из белков, которые начинают погибать, коагулировать при 43-45°С.
После создания огромных теплоцентралей специалисты присмотрелись к производству энергии в живых организмах. И биофизики стали говорить, что живой организм производит тепло более рационально и экономично. Конечно, и в том и в другом случае образуются отходы, шлаки, которые надо удалять - это особая задача и в технике, и для живого организма.
Но коренное отличие заключается в том, что биотепло готово к употреблению живым организмом, оно производится распределенно в каждой клетке и настроено на температуру в диапазоне 30-40°С.