У білого ведмедя занадто тонкий хутро
Відео: Хутряний покрив полярних ведмедів
Ми досягли успіху в створенні штучних теплоізолюючих матеріалів високої ефективності. І все ж в ряді випадків здається, що природа поки вміє більше: білі ведмеді, пінгвіни і інші песці мають шар теплоізоляції, з одного боку, дуже тонкий, а з іншого - судячи з їх енергобалансу - якийсь навіть надто ефективний.
Чи потрібні нам 60 см утеплювача - і чи не можна обійтися ведмежими 5 см? (Тут і нижче ілюстрації Optics Express / Achim Hering.)
Відео: як шити хутро на звичайній машині
Вчені з Бельгії та Марокко на чолі з Присциллой Симонис (Priscilla Simonis), що представляє Намюрскій університет (Бельгія), спробували зрозуміти, що саме робить полярні хутра а-ля білий ведмідь такими ефективними. Дослідниця зазначає, що постійна температура ведмедів не падає навіть при довгих зимах з -40 ° C (від себе додамо, що і при куди більших холодах), а товщина хутра у них всього-то 5 см! У такого ж по товщині утеплювального шару в будинку немає ніяких шансів, згідно СНиП (в розвинених країнах світу), і можна не сумніватися, що вимогливість арктичних нормативів в цьому сенсі навряд чи нижче.
«Чому нам потрібно як мінімум 60 см мінеральної вати або скловати, - запитує пані Симонис, - щоб підтримувати 20 ° С при температурах близько -5 ° С? І чому хутро полярного ведмедя краще, ніж те, що ми розробляємо для утеплення будинків? »
Зауважимо, втім, що 60 см по периметру - в більшості випадків неймовірна цифра, яка на практиці для тих же стін рідко виконується. Так що в основній частині країн з північним кліматом товщина утеплення багато менше, та й зима подекуди суворіше бельгійських -5 ° С, тому питання дійсно актуальне.
Тепло, як відомо, може витікати двома шляхами - радіацією, коли охолодження йде за допомогою випромінювання електромагнітних хвиль (ІК-діапазон), і з передачею коливань атомів і молекул нагрітого тіла довколишніх холоднішим.
Стандартний спосіб відтворення природних матеріалів, що утеплюють очевидний: повітряні порожнини в хутрі означають, що молекули й атоми твердого тіла будуть віддавати тепло набагато більш розріджені повітрю, чому втрати тепла сильно утруднився. На цій основі створено утеплювачі з пінопласту і мінеральної вати, котрі становлять переважну більшість такого роду матеріалів, і та ж основа лежить всередині аерогелей - ще більш ефективних, хоча поки і непідйомною дорогих матеріалів, в основному складаються з повітря.
Так ось, пані Сіммоніс з колегами порахували, що у радіації в цьому процесі роль може бути значно вище, ніж вважалося.
Змоделювавши теплоперенос радіацією в умовах, що перешкоджають поширенню ІК-випромінювання, вчені спробували відтворити реальну ситуацію з хутром тварин, в якому окремі волокна не дають ІК-випромінювання від тіла вільно віддалятися в навколишній простір. Коли в симуляції використовувалися захисні шари з поглинанням, характерним для чорного тіла, ефективність хутра була порівняно невисокою. Зробивши ж захисні шари світлими, вдалося домогтися різкого падіння перенесення тепла. В цілому модель призводить до очевидного, здавалося б, висновку: що повторюється розсіювання інфрачервоного випромінювання між численними шарами, що перешкоджають поширенню радіації, пригнічує процес охолодження нагрітого тіла і нагрівання близько розташованого холодного.
При цьому, стверджують вчені, є ймовірність, що такий механізм в теплоізолюючих властивості хутра і пір`я може бути важливіше, ніж блокування інших шляхів теплопереносу.
Відео: Докладний майстер-клас - Як зшити хутряну жилетку з непотрібних шматків хутра?
Пташине пір`я - ще один приклад теплоізоляціік, яка і ефективна, і по человечес мірками дуже тонка.
Відео: День Полярного Ведмедя - Ранок - Інтер
Одночасно «правильна» структура хутра і пір`я не тільки розсіює далеке ІЧ-випромінювання, але і робить те ж саме з видимим світлом, що змушує полярних тварин виглядати білими в видимому діапазоні, додаючи до прекрасної теплоізоляції ще й ефективний камуфляж.
Як вважає дослідник, цей підхід слід використовувати для розробки нових груп теплоізолюючих матеріалів, включаючи в їх склад незвичайні багатошарові компоненти з високою здатністю, що відображає - такі як метали.
Кращою формою для цього, крім простих багатошарових покриттів, може виявитися «хутряна» структура, де замість рознесених шарів використовуються різні ниткоподібні освіти. У підсумку, вважають вчені, можна буде добитися ефективної теплоізоляції за допомогою ультратонких штучних матеріалів.
