Как иглу согревает?

Иглу сохраняет тепло, удерживая тепло вашего тела. Иглу сделаны из спрессованного снега. Почти 95% этого снега составляет воздух, который является хорошим теплоизолятором. Эта изоляция предотвращает потерю тепла тела и тем самым согревает нас.

Представьте себе, что вы идете по заснеженному ландшафту арктической тундры. Очевидно, что вы начинаете чувствовать холод от ледяного, леденящего ветра. Вы судорожно оглядываетесь по сторонам в поисках укрытия, но вокруг нет ничего, кроме кристально белого снега. Наконец, вы находите иглу, которая тоже сделана из снега! Вы заходите в него и через некоторое время с удивлением обнаруживаете, что вам стало тепло!

Иглу, сделанное из того же ледяного снега, который делает нас холодными, очень хорошо сохраняет тепло. Но как? Как что-то настолько холодное может заставить вас почувствовать тепло?

Это связано с удивительными свойствами снега и структурой иглу.

Почему мы чувствуем холод?

Поскольку схема иглу представляет собой взаимодействие холода и тепла, давайте начнем с понимания того, что на самом деле означают слова "жарко" и "холодно".

Тепло — это форма энергии, которая может передаваться от одного тела к другому. Тепловая энергия перемещается от областей с более высокой температурой к областям с низкой температурой, пока температуры двух областей не станут равными и не приведут к тепловому равновесию.

Это перемещение тепла может происходить тремя способами:

1. Кондукция: Здесь тепло передается путем прямого физического контакта между объектами. При этом не происходит буквального перемещения материи, но тепловая энергия передается между соседними молекулами. Если вы прикоснетесь к горячей сковороде, ваши руки обожжет, так как тепло передается от сковороды к руке посредством проводимости.
2. Конвекция: Это основная форма передачи тепла в жидкостях (жидкости, газы). Здесь тепло передается за счет движения молекул в зависимости от их плотности. Благодаря конвекции теплый воздух поднимается вверх, а холодный опускается вниз.
3. Излучение: Излучение — это передача тепла в форме электромагнитного излучения. Для этого необязательно нужна среда, поэтому тепло может передаваться посредством излучения и через вакуум. Мы ощущаем тепло солнечного света, потому что солнце передает тепло через космос посредством излучения.

Короче говоря, термины "горячий" и "холодный" фактически описывают само тепло. Тела, которые теряют тепло, становятся холоднее, а тела, которые его приобретают, становятся теплее. Поэтому, когда вы чувствуете холод, вы просто теряете тепло.

Взаимодействие этих трех механизмов поддерживает тепло в иглу. Давайте посмотрим, как!

Наука, лежащая в основе иглу

Прохладным утром сравнительно небольшой кусок одеяла может заставить нас почувствовать себя тепло и уютно. Одеяло не генерирует собственного тепла и не является чем-то, что можно определить как "горячее", так как же оно согревает вас? Просто задерживая тепло тела, чтобы оно не выходило наружу! Одеяло само по себе не является теплым; все, что оно делает, это предотвращает потерю тепла нашего тела.

Иглу работает по аналогичному принципу. Иглу действует как огромное одеяло и удерживает тепло тела человека в своих стенах.

Иглу традиционно ассоциируются с коренным населением арктических районов Аляски, Канады и Гренландии, в просторечии называемым эскимосы. Это временные убежища, которые эскимосы делают для использования в качестве зимних жилищ или во время охотничьих экспедиций.

Ключ к созданию теплого иглу лежит в выборе правильного сырья, а в Арктике в изобилии имеются только два вида сырья — снег и лед.

Спрессованный снег

Иглу делается из спрессованного снега. Спрессованный снег является отличным изолятором тепла, потому что снег - это не что иное, как полузамерзшая вода с примерно 95% воздуха. Молекулы воздуха, запертые между крошечными кристаллами льда, образуют воздушные карманы, которые служат отличным изолятором, предотвращающим потерю тепла за счет конвекции. Таким образом, снег является идеальным материалом для строительства теплого жилища в морозной арктической среде.

В отличие от снега, лед, по сути, представляет собой замерзшую воду и не содержит большого количества воздушных карманов, что делает его плохим изолятором. Поэтому снег предпочтительнее льда для строительства иглу.

Тип используемого снега не менее важен. Свежевыпавший снег хрупкий и порошкообразный и не может быть использован для создания прочной конструкции. Поэтому иглу строят, вырезая из земли затвердевшие, спрессованные снежные блоки.

Опытный эскимос может построить иглу с нуля почти за час. Все, что для этого требуется, — это пила, снег и много навыков и техники.

Как иглу согревает?

Человеческое тело преобразует энергию из потребляемой нами пищи в тепловую энергию. Эта тепловая энергия уходит из нашего тела во внешнюю среду посредством теплопроводности, конвекции и, главным образом, излучения. Уходящее тепло перемещается по иглу за счет конвекции и нагревает часть воздуха внутри него.

Поскольку холодный воздух плотнее теплого, холодный воздух оседает в нижней части иглу, а теплый воздух движется вверх к верхней части конструкции. В связи с этим пол иглу разделен на террасы. На верхней теплой террасе люди спят, средняя предназначена для приготовления пищи и разведения костров, а нижняя, утопленная, служит в качестве холодной раковины.

Изолирующие снежные стены предотвращают потерю тепла тела, а также защищают людей от холодного ветра, дующего снаружи.

Таким образом, иглу использует то самое тепло, которое теряет наше тело, чтобы регулировать температуру в помещении.

Влияет ли структура иглу на его теплоту?

Структура иглу также играет важную роль в удержании тепла внутри.

Маленькая дверь и крошечный туннель, ведущий к центральному куполу иглу, имеют свое значение. Небольшой затопленный прямоугольный туннель действует как поглотитель холода, одновременно не позволяя снежным бурям и холодным ветрам задувать прямо в главное отделение иглу.

Как уже говорилось ранее, иглу разделено на террасы или камеры. Главная камера имеет верхнюю платформу для сна и нижнюю платформу для других хозяйственных работ. Внутренняя часть камеры дополнительно покрывается тюленьей шкурой для улучшения изоляции. В дополнение к основной камере есть передняя камера, которая служит в качестве холодной раковины и места для хранения продуктов.

Задумывались ли вы когда-нибудь о том, почему иглу имеют форму купола? Почему не существует кубических иглу? Ну, форма иглу определяет его устойчивость. Купол иглу имеет форму катеноида. Такая форма обеспечивает структурную стабильность и гарантирует, что иглу не прогнется и не разрушится под давлением.

Поскольку снег — это не то, что обеспечивает наибольшую устойчивость, купол в форме катеноида равномерно распределяет давление и повышает общую прочность иглу. На самом деле, правильно построенное иглу может выдержать вес стоящего на нем человека!

Таким образом, правильное применение строительных технологий жизненно важно для сохранения тепла и уюта в иглу.

Насколько тепло в иглу?

При правильном строительстве иглу может создать разницу в 40 °C между внутренней и внешней средой только за счет использования тепла тела.

В ходе исследования, проведенного Ричем Холиханом и его коллегами, было установлено, что внутри иглу, вблизи тел людей, температура составляет около 36 °C. В воздухе, окружающем людей, температура упала почти до 16 °C, а в дальнем конце у стен иглу температура составляла около 1 °C. Кроме того, если внутри иглу находится больше людей, то становится еще теплее.

Даже если 16 °C или 1 °C не являются "уютной" температурой, учитывая, что температура в арктических районах может достигать от -40 °C до -50 °C, иглу отлично справляется с регулированием температуры. Таким образом, для людей, живущих при отрицательных температурах, иглу — это уютное жилище.

Даже животные в арктических регионах используют изоляционные свойства снега, выкапывая норы, чтобы оставаться в тепле.

Удивительно, как эскимосам удалось методом проб и ошибок добиться теплой и устойчивой конструкции, не имея представления о математике или физике, лежащей в ее основе. Таким образом, иглу — это гениальный вид строительства, прекрасный пример народной архитектуры.

Теперь, когда вы знаете научную основу иглу, если вы когда-нибудь окажетесь в ледяной местности, где некуда идти, выкопайте несколько снежных блоков, сделайте себе купол и грейтесь!