Sauna; thermodynamique d'un petit enfer
1995/03/01 Arrasate Aierbe, Javier Iturria: Elhuyar aldizkaria
Le jour du mariage n'est pas pour des plaisanteries. On mange, on boit et on danse du midi au soir, sans qu'on puisse le rassasier. Un corps sans habitude ne supporte pas facilement ce type de jeu. Voir Xabier était suffisant pour être d'accord. Le pauvre était là, couché sur le lit, sans se lever, pour affronter la douleur du lendemain le mieux possible. Laissant son voisin endormi, il se leva avec le crâne, et abandonnant de côté ces magnifiques vestes et pantalons rides qu'il avait tiré toute la nuit sur le sol, il a mis le survêtement, formé un sac de sport et se souvint de ce que son meilleur ami Joxe Miel recommandé. « Avez-vous déjà été dans le sauna ? Je devrais aller. Avec la transpiration, il enlève la saleté et est parfait pour se détendre”, lui dit-il. « Venez. Nous allons” pensait Xabier, qui était le bon moment.
Il s’est déshabillé dans les vestiaires de la salle de sport, les Chinois ont été placés et avec la serviette au cou, il s’est dirigé vers la porte en bois avec la billetterie, avec le slogan « maintenant ou jamais ! ». Il disait «Bonjour!» au pauvre gras qui était couché sur le ventre, avec la transpiration des rides de la peau du ventre sur les pats. Il y avait trois niveaux pour s'asseoir. Il est monté au sommet et a placé la serviette étirée sur le siège. Sa première pensée était « Soyez chaud ! ». Et c'est que cette petite pièce, avec des murs en bois, plafond et sol, était dans la chaudière, et quand elle se rendait compte qu'elle était également trempée de sueur. Lorsque la tête s'approcha du compteur sur le mur, il lut 80 °C. Comment l'homme peut-il supporter une chaleur si intense? “Télécharger vers le bas parce que c’est trop chaud,” dit le gros homme. À côté du thermomètre se trouvait un autre compteur appelé hygromètre représentant 35%. Quelle était cette mesure?
Avec ces idées, en descendant vers le bas, il a réalisé que le doigt paresseux de la main droite brûlait. L'anneau d'or que je venais de mettre la veille était prêt ! Pendant que l'anneau était retiré, l'homme d'autrefois demanda à Xabier s'il se souciait de jeter un peu d'eau sur les pierres qui étaient plus bas. Répondez non, pour jeter ce que vous voulez. L'homme prit de l'eau avec une tourelle en bois et la versa à la pierre. L'eau, au fur et à mesure qu'elle touchait les pierres, est devenue un parfum et est arrivée au visage dans des raies calcinantes. Cet enfer était insoutenable ! Dix minutes sont passées et au lieu de se noyer, il ouvrit la porte et s'en alla, fuyant l'enfer à la recherche du ciel...
Jusqu'à présent, l'anecdote passée à Xabier peut arriver à n'importe qui, et ce sont sans doute des événements que tous ceux qui ont une curiosité scientifique ont réfléchis plusieurs fois en passant par le sauna. Le but de ce travail est de donner une réponse scientifique aux événements survenus dans le passé, et pour cela nous devons parler de deux thèmes principaux: la nature de l'air et la transmission de la chaleur. Nous commençons avec le premier sans nous étendre plus sur les billets.
L'air, en plus d'être un mélange de plusieurs gaz, a la capacité de stocker l'eau en état de vapeur. L'air de notre atmosphère a de l'eau. C'est pourquoi on l'appelle air humide. Dans quelle proportion d'air et dans quelle proportion d'eau ? Eh bien, comme une clarification, dans la pression normale de l'atmosphère et à 25ºC chaque kilogramme d'air sec a une capacité de stockage d'environ 20 grammes d'eau. A un air de moindre quantité, dans ces conditions, on peut ajouter de l'eau et l'absorber. Cependant, si à l'air que vous stockez cette grande quantité, nous vous donnons une goutte d'eau différente, l'air ne vous ramassera pas et comme liquide il restera sur n'importe quelle surface de votre environnement.
Cette quantité d'eau dans l'air, avec la pression constante, dépend de la température : à plus grande température, plus grande quantité possible. La nécessité d'une mesure qui relie la quantité d'eau contenue dans l'air et celle qui peut être contenue dans des conditions égales est évidente. Il existe et c'est que nous donne l'hygromètre qui a vu Xabier. La lecture de 35% est la suivante: À 80 ºC, si un kilogramme d'air sec peut contenir 544 grammes d'eau, l'air du sauna par heure avait 35% de cette quantité, soit 190 grammes.
Il ya un certain nombre de faits qui peuvent apparaître dans la nature à travers ce qui précède, comme le cas de la rosée. Supposons que l'humidité de l'air à 25ºC pendant la journée, mesurée par un hygromètre, est de 50%. En conséquence, dans chaque air sec il y a 10 grammes d'eau. La nuit, la température a chuté beaucoup jusqu'à 0º C et tout ce qui peut être à cette nouvelle température est seulement 4 grammes. Que se passe-t-il à 6 autres grammes ? Il apparaît comme liquide dans l'herbe, dans les voitures...
Le deuxième sujet à traiter était la transmission de la chaleur. Nous allons. Nous allons d'abord expliquer ce qu'est la chaleur. Si deux corps sont mis en contact à différentes températures, l'énergie passera du corps supérieur à l'autre, jusqu'à égaler les températures des deux. Cette dernière situation est équilibrée et chaude, c'est-à-dire l'énergie passée. Cependant, cette transmission de chaleur peut se produire de trois façons. Nous allons les analyser un par un.
La première est la conduite. Les corps sont constitués de fractions mineures. Ils ont un mouvement vibratoire et plus le mouvement est rapide, plus élevé est ce que nous connaissons comme température. Lorsque nous le mettons en contact avec le corps à moindre température, ce mouvement est transmis aux particules de l'autre corps. Comme une clarification, lorsque vous saisissez avec votre main l'extrémité d'un mât de fer et réchauffez l'autre extrémité dans le feu, vous serez bientôt en mesure de sentir cette chaleur dans votre main.
Rappelez-vous aussi le cas de l'anneau de Xavier. Son doigt n'était pas à une température supérieure à 36 °C. Cependant, l'anneau semblait être à une température plus élevée et c'est pourquoi il a brûlé le doigt. La transmission de chaleur entre les solides se produit ainsi. Cependant, dans un solide plus rapide que dans d'autres. Imaginons deux maisons apparemment égales (murs de même épaisseur, égaux en taille, égale différence de température entre l'extérieur et l'intérieur...) mais dans un cas avec des murs en bois et dans l'autre en métal. Lequel refroidit le plus rapidement ? L'expérience nous montre que le métal refroidit plus rapidement, car les métaux sont de bons conducteurs de chaleur.
Cependant, et comme indiqué au début, ce n'est pas la seule façon de le faire. En plein hiver, lorsque nous allumons les chauffages dans les maisons, ils réchauffent l'air qu'ils ont à leurs côtés par la conduite. La densité de cet air diminue et, comme expliqué précédemment Archimède, monte. Dans son mouvement a augmenté la chaleur inférieure. Dans la conduite il n'y avait pas mouvement moyen de la masse. Ici oui. Cette deuxième forme est appelée convection et on peut la voir dans le lait que nous chauffons chaque matin. Ce type de transmission apparaît toujours s'il y a du gaz ou du liquide impliqué dans le milieu de transmission. La nature du fluide, autour du solide qui réchauffe ou refroidit son mouvement, la géométrie de ce solide et de nombreux autres facteurs ont une importance dans la vitesse de transmission de la chaleur.
Voyons l'analogie suivante qui nous aide à clarifier les concepts pour les cas de conduite et de convection.
Tant qu'il y a une différence de hauteur entre les niveaux d'eau des deux récipients, l'eau coule de l'une à l'autre, comme si la différence de température était maintenue, une fuite de chaleur se produit. Jusqu'à quand ? Même hauteur/température. De quoi dépend qu'il soit plus rapide ou plus lent ? Selon les caractéristiques du conduit intermédiaire: section étroite ou large, surface rugueuse ou complètement lisse, etc. Le tuyau a une résistance hydraulique qui dépend de ces caractéristiques. Nous parlons de résistance thermique, et le matériau ou l'environnement qui entrave beaucoup le flux de chaleur, pour nous sera de grande résistance thermique. En parlant de conduite, nous avons mentionné deux maisons.
Dans un cas, les murs étaient en bois, dans l'autre en métal. Les premières ont une plus grande résistance thermique, donc ils conserveront mieux la chaleur intérieure.
Sans doute dans notre sauna, et le fluide étant l'air humide, la convection est la principale des deux formes précédentes. Rappelez-vous, sinon, le moment où l'homme jette une brochure aux pierres. L'eau, à peine toucher les pierres qui étaient à des centaines de degrés, est devenu vapeur et se dirigea vers les courants convectifs à une vitesse forte.
Cependant, il existe un troisième mode: le rayonnement.
Demandez vous-mêmes que, l'espace étant presque vide entre le soleil et la terre, comment l'énergie émise par le soleil sur le sol? Si le soleil réchauffe la terre (la conduite et la convection étant impossible, il n'y a pas de masse), comment cette énergie est-elle transportée jusqu'ici? C'est la dernière forme.
La surface de tout corps émet une énergie adéquate à sa température par des ondes électromagnétiques capables de traverser l'espace vide. La quantité d'énergie dépend des caractéristiques de la surface. Cette énergie est divisée en différentes longueurs d'onde, dont la plupart se trouvent dans un intervalle de longueur d'onde.
L'être humain, étant à 36ºC, émet de l'énergie, la plupart sur des ondes infrarouges. Ainsi, aidés par des jumelles spéciales, n'importe qui ou un animal serait dans un environnement à basse température. Vous n’avez pas vu le film “Prédateur” d’Arnold Schwartzenegger? En elle, une bête enveloppante d'une autre planète la voit dans le spectre infrarouge. Conscient de cela, notre géant Arnold a frotté tout le corps avec une boue plus froide, ce qui lui a permis d'échapper.
Exposé tout ce qui précède, nous sommes dotés des théories nécessaires pour faire quelques réflexions et, simplement, pour répondre aux interrogations dans le sauna.
Comment est-il chauffé? Grâce à ces pierreux. Ils ont un objectif important: stocker beaucoup de chaleur et le libérer lentement. Pourquoi ? En raison de sa haute résistance thermique, la libération de chaleur est progressive. D'autre part, pour que sa température monte un degré il faut lui donner beaucoup de chaleur. Par conséquent, ils conservent une grande chaleur pour leur température.
Dans plusieurs maisons, et en profitant du péage électrique nocturne le moins cher, les accumulateurs dits de chaleur chauffent par des résistances électriques briques réfractaires (résistantes à haute température sans fissurer). Ses caractéristiques sont similaires à celles des pierres de sauna, ce qui permet de chauffer la maison pendant la journée. C'est-à-dire, consommer la nuit et chauffer le jour.
Les principales voies pour chauffer la salle sont la convection et le rayonnement. L'énergie rayonnante ne reste pas directement dans l'air, car cette dernière peut être considérée comme transparente aux ondes électromagnétiques. Il est absorbé par les murs. D'autre part, l'air en contact avec les pierres est en mouvement continu dans les courants de convection, en gardant la température de la pièce assez homogène. Cependant, comme l'air le plus chaud est plus léger, il s'accumule dans la partie supérieure et c'est pourquoi, assis dessus, Javier a senti plus de chaleur.
Pourquoi avez-vous augmenté le sentiment de chaleur lorsque vous avez jeté de l'eau sur les pierres? Plus l'humidité relative de l'air est élevée, moins la résistance thermique entre le corps et l'air. Par conséquent, le flux de chaleur vers l'intérieur du corps va augmenter et nous, si nous voulons le maintenir à la même température, nous devons libérer plus de chaleur. Notre mécanisme est la sueur.
Cette explication répond à d'autres questions quotidiennes. N'avez-vous jamais entendu que le froid d'ici, par exemple 5 ºC d'ici, est plus froid que 5 ºC de Madrid ? Avec plus d'humidité ici, la chaleur devient plus facile !
En équilibre thermodynamique, tous les objets intérieurs sont à la même température. Autrement dit, la serviette et l'anneau sont à 80ºC. Pourquoi l'anneau brûle et la serviette ne? La bague est en contact direct avec le doigt. La conduite est la seule façon de passer de la chaleur entre les deux. Sa résistance thermique est faible et en la touchant on entre beaucoup de chaleur. Il y a la sensation de chaleur. Cependant, la serviette est très mauvaise conductrice, de grande résistance, et malgré la même différence de température, il a de grands obstacles pour que la chaleur entre en nous. La serviette se sent chaude mais ne fume pas.
Pourquoi les murs sont-ils en bois et non en métal ? La même réponse que la précédente. Notre Xavier est sorti à toute vitesse et n'a fait aucune réflexion à ce sujet. Au bout de quelques jours, avec le corps le plus préparé, il revint, et à ce moment-là, il commença à briser la tête. Dans la bibliothèque du village a ouvert un livre plein de poudres intitulé “Thermodynamique” et a commencé à apprendre... Jusqu'à présent.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
