Что происходит в парной

28.09.2017

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).

Получается, приходя в баню, мы подвергаемся воздействию температур, которые теоретически должны заставить нашу кровь свернуться. Ее нормальная температура составляет от 32 до 38 градусов — более точное значение зависит от индивидуальных особенностей организма и места, где кровь находится. Например, в капиллярах на поверхности кожи она холоднее, а вот во внутренних органах горячее. В подмышечной впадине ее значение у здорового человека равно 36,6 градуса. При повышении температуры начинается процесс свертывания крови, необратимо меняется ее структура. Проще говоря, она варится, когда градусник показывает больше 42-43 градусов.

Так почему же мы с таким удовольствием принимаем горячие водные процедуры, если наша кровь портится при температуре гораздо ниже банной? Может, дело в особом строении бани, и жар там неведомым образом становится меньше? Но это не так, ведь если мы положим яйцо на банную полку и оставим его на десять минут, то получим состояние «вкрутую»! А если невнимательная девушка зайдет в парную с маской из сырого яйца на волосах, то будет долго потом вычесывать яичные волокна из локонов.

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.

Нагревается в бане наш организм через кожу, с которой сталкиваются «горячие» молекулы. На самом деле температура — это аналог кинетической энергии; смысл, который мы вкладываем в понятия «горячий» или «холодный», подразумевает более или менее быстрое движение молекул.

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.
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 3×10⁻²⁶ 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.

Так художник представляет себе молекулы воды в процессе парения
Так художник представляет себе молекулы воды в процессе парения

Таким образом, большее количество молекул воды приводит к более быстрому нагреву организма. Конечно, воздух состоит не только из водяных паров, в нем еще присутствуют азот, кислород, углекислый газ, аргон, гелий, криптон. Но эти вещества являются летучими газами и практически не оседают на коже, поэтому не могут передать ей свою энергию. Теперь понятно, почему в жаркой финской сауне так сухо, а во влажной турецкой бане температура невысокая.

И все же мы бы не смогли переносить такой жар, если бы не умение организма поддерживать температурный режим. Пот на 98-99 процентов состоит из молекул воды, а один-два процента приходятся на органические и минеральные вещества. На поверхность тела он выделяется при помощи потовых желез. Молекулы воды двигаются, собираясь при этом в капли на коже. Это происходит благодаря связям между молекулами. Находясь в капле, они перемещаются хаотично — одни быстрее, другие медленнее, порой врезаясь друг в друга. И чем больше тепла, тем шустрее они носятся. Данную систему-каплю можно сравнить с мирно пасущимся табуном — пожилые лошади разве что время от времени делают шаг для поиска нового корма, более молодые общаются и слегка играют друг с другом, а вот резвые жеребята настолько переполнены энергией, что порой убегают далеко от табуна. Так и наиболее быстрые (горячие) молекулы «вырываются на свободу» из скопления себе подобных, тем самым уменьшая общую кинетическую энергию. А если вспомнить о приведенной выше формуле — логично, что падает температура капли.

Так художник представляет себе падение микрокапель на кожу
Так художник представляет себе падение микрокапель на кожу

При низкой влажности телу проще запускать описанный выше процесс, защищающий нас от перегрева. А во влажном воздухе пот не может испаряться достаточно быстро, этому препятствует сильный приток «горячих» молекул из насыщенного водой воздуха. С этим и связана наша переносимость жары — бывалые путешественники знают, что одну и ту же температуру проще переносить в пустыне (в тени, конечно), чем в тропическом лесу.