Тепловые свойства волосяного покрова животных и аэродинамические свойства птичьего крыла

Материал из Большой Форум

Перейти к: навигация, поиск
Ф.Ф. Менде
Дата рождения:

02.07.1939 г.

Гражданство:

Флаг СССРФлаг Украины

Учёная степень:

доктор технических наук

Сайт:

http://fmnauka.narod.ru/ http://bolshoyforum.org/forum/index.php?board=50.0

Шерстяной покров животных устроен таким образом, что он надёжно защищает их от холода зимой, и даёт возможность охлаждать организм во время жары.

Но прежде чем рассказать, почему это происходит, вспомним, что такое конвективный теплообмен. Если расположить одну пластину над другой и начать нагревать нижнюю пластину, то верхняя пластина тоже начнёт быстро нагреваться. Это связано с тем, что в поле силы тяжести тёплый воздух поднимается вверх, перенося тем самым тепло между пластинами. Но если нагревать верхнюю пластину, то теплообмен между пластинами будет значительно затруднён, поскольку теплопроводность воздуха мала. Если имеются две параллельные пластины, расположенные вертикально, то тепло между ними тоже будет переноситься достаточно интенсивно за счёт конвективного потока, который будет циркулировать между такими пластинами. Задачей любой теплоизолирующей системы, работающей в гравитационном поле, является устранение конвективных потоков. Это делается известным способом при помощи заполнения межстенных пространств лёгкими материалами типа ваты, пенопласта и др.

Почему шерсть, имея даже очень небольшой коэффициент заполнения пространства, ликвидирует такие опасные для теплоизоляции конвективные потоки? Если взять заряженный конденсатор, состоящий из двух параллельных пластин, и поднести к ним плоскую диэлектрическую пластину, то пластина будет втягиваться в пространство между пластинами. Это связано с тем, что минимальное значение потенциальной энергии такая система будет иметь в том случае, когда диэлектрическая пластина находится между пластинами конденсатора. Известно, что к наэлектризованным телам легко притягиваются диэлектрические образцы типа обрезков бумаги, полиэтилена, фторопласта. Эти явления имеют одинаковую природу с заряженным конденсатором. Молекулы газа обладают диэлектрическими свойствами, и они столь же эффективно притягиваются к наэлектризованным предметам, только мы это не можем наблюдать визуально. Если шерсть наэлектризована и на ней имеются заряда, то поля этих зарядов, поляризуют молекулы воздуха, которые притягиваются к ним за счёт наличия градиента электрических полей этих зарядов. Силы притяжения в этом случае настолько велики, что даже гравитационные поля в сотни раз превышающие земное поле, не в состоянии создать в такой системе конвекционные потоки. Поэтому наэлектризованная шерсть является хорошим теплоизолятором.

Ну а что же происходит летом? Шерсть очень гигроскопична. Известно, что на этой основе создаются гигрометры, в которых в качестве чувствительного элемента используется волос из конского хвоста, который при увеличении влажности окружающего воздуха удлиняется. Пока шерсть сухая, она является хорошим изолятором, и заряды с неё не стекают в тело животного. Но как только, по каким-либо причинам, шерстинки увлажняются, они превращаются в проводники, заряды исчез, и атомы или молекулы воздуха больше не удерживаются в шерстяном покрове. Естественно, при этом становится возможным конвекционный обмен теплом. Но этот механизм не является решающим для охлаждения тела животного. Увлажнённая шерсть испаряет влагу и начинает работать известный испарительный механизм охлаждения. При этом он оказывается очень эффективным, поскольку поверхность шерстяного покрова животного очень велика. Но возникает вопрос, откуда берётся влага в ворсинках шерсти в сухую жаркую погоду, поскольку известно, что у животных под шерстяным покровом отсутствуют потовые железы. Остаётся предположить, что каждая ворсинка это и есть та маленькая потовая железа, которая, получая жидкость из тела животного и испаряя её в окружающее пространство, обеспечивает испарительное охлаждение шерсти животного, защищая тем самым его от жары.

Известно, что волосяной покров животных и перьев птиц, очень близки по своему составу. Перья птиц также легко электризуются, как и шерсть животных. Электризация перьев во время полёта обеспечивает хорошие аэродинамические качества, как каждого пера в отдельности, так и крыла в целом. Это связано с тем, что поляризованные атомы и молекулы воздуха прочно удерживаются вблизи самого пера, затрудняя при этом образование турбулентных потоков около поверхности крыла.

Личные инструменты