(Ситуация очень похожа на ту, которая описана в задаче 127, только теперь речь идет о нагреве, а не об охлаждении.)
130. Кондиционер в кондиции
Работающий кондиционер охлаждает воздух, пропуская его через себя. Холодный воздух склонен опускаться, вытесняя более теплые массы наверх. Если поставить кондиционер внизу, он охладит нижний слой воздуха, но не затронет теплый слой, находящийся у потолка. Возникнет дискомфортная для организма ситуация, когда внизу холодно, а вверху жарко. Разместив кондиционер вверху, мы позволяем ему охлаждать воздух в помещении более равномерно: охлажденная масса опускается, нагретая поднимается и попадает в кондиционер для охлаждения.
131. Парниковый эффект
Немного переформулируем вопрос: почему около земной поверхности в парнике теплее, чем около такой же поверхности на открытом воздухе? Поскольку почва одна и та же, а обогревателей в парнике нет, то и получаемая энергия одна и та же, ее основным источником служит солнечный свет. (В парнике ситуация даже хуже: туда поступает меньше солнечной энергии, потому что стекло или полиэтилен, покрывающий парник, не абсолютно прозрачен.) Значит, разница не в том, сколько энергии приходит, а в том, сколько уходит.
Нам знакомы три основных вида теплопередачи: излучение, конвекция и теплопроводность. Нагретая солнцем почва теряет тепло всеми тремя путями: за счет теплопроводности более глубокие слои почвы нагреваются от поверхностных; за счет конвекции теплый воздух, нагревшийся у земли, уносит тепло вверх, а на смену ему приходит холодный; наконец, нагретая почва излучает инфракрасные электромагнитные волны.
Конструкция парника перекрывает два из трех путей остывания, препятствуя потерям тепла через конвекцию и излучение: крыша парника просто механически не выпускает теплый воздух и не дает ему уносить тепло, а материал крыши – стекло и полиэтилен – хорошо задерживает инфракрасное (тепловое) излучение.
Похожим образом удерживает солнечное тепло весь наш земной шар: тяготение не отпускает воздух, а прослойка парниковых газов в атмосфере не пропускает инфракрасные лучи. Другими словами, Земля в этом смысле напоминает большой парник. Поэтому нагрев атмосферы из-за накопления парниковых газов получил название парникового эффекта.
132. Пляжный парадокс
И теплопроводность, и теплоемкость воздуха намного ниже, чем у воды. Мы быстро нагреваем своим телом прилегающий слой воздуха и перестаем терять тепло. (Одна из причин того, что нам холодно на ветру, – в том, что нам приходится нагревать все новые и новые порции воздуха; вторая причина – более быстрое испарение влаги с поверхности тела. Одежда помогает избежать и того и другого.) Прилегающий слой воды нагреть гораздо сложнее, потому что и плотность вещества, и его удельная теплоемкость гораздо выше, и к тому же оно легко передает тепло дальше, заставляя наше тело отдавать все больше и больше энергии. В конце концов поверхность тела охлаждается практически до температуры воды (а остальное тело «отгораживается» своего рода «теплоизоляцией» – слоем подкожного жира), потери тепла замедляются – и мы наконец перестаем чувствовать дискомфорт.