С наступлением зимнего периода миллионы людей начинают использовать свои зимние куртки, не осознавая, что за привычным элементом одежды скрываются законы физики, описанные веками ранее, и достижения современной науки о материалах.
Специалисты в области физики утверждают, что эффективность современных курток зависит от управления тремя классическими механизмами теплопередачи — теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением — при сохранении способности ткани «дышать». Об этом сообщается на портале The Conversation.
Физические принципы давно известны науке. Ещё в XVIII веке Исаак Ньютон описал конвективное охлаждение, а в XIX веке Жозеф Фурье заложил математическую базу теплопроводности. К концу того же столетия работы Йозефа Стефана и Людвига Больцмана, а позже исследования Макса Планка сформировали современное понимание теплового излучения. Однако, как отмечают специалисты, революция произошла не в теории, а в материалах.
Главная задача зимней куртки — замедлить потерю тепла от тела. С теплопроводностью борются с помощью изоляции: пух и современные синтетические волокна удерживают неподвижный воздух в микроскопических «карманах», увеличивая путь, который тепло должно пройти, прежде чем выйти наружу. В последние годы к этому добавились ультралегкие пористые материалы, такие как аэрогели, которые позволяют сохранять тепло даже в тонких слоях.
Не менее важной является защита от конвекции. Ветер способен разрушать тонкий слой теплого воздуха у поверхности тела, значительно усиливая охлаждение. Плотные внешние оболочки курток, ламинированные ткани и продуманная конструкция манжет, воротников и швов предотвращают этот эффект, сохраняя вокруг тела стабильную воздушную «подушку».
Отдельная роль принадлежит тепловому излучению — невидимым инфракрасным волнам, которые тело постоянно испускает. Современные куртки применяют отражающие слои и микроскопические узоры, возвращающие часть этого излучения обратно к телу. При этом инженеры избегают сплошных металлических покрытий, которые мешали бы испарению влаги. Вместо этого используются точечные или сетчатые структуры, совмещающие отражение тепла и воздухопроницаемость.
Ключевым условием сохранения тепла остается сухость. Если влага задерживается внутри куртки, утеплитель теряет свои свойства, а тепло начинает уходить быстрее. Поэтому современные модели объединяют влагоотводящие внутренние ткани, вентиляционные элементы и мембраны с порами, пропускающими водяной пар, но задерживающими воду и снег.
Согласно мнению ученых, будущее зимней одежды связано с адаптивными материалами. Исследователи уже трудятся над тканями, способными автоматически открывать и закрывать микровентиляционные каналы в зависимости от влажности и температуры, а также над утеплителями, меняющими объем в ответ на окружающую среду. Такие разработки могут приблизить одежду к «умным» системам терморегуляции, которые адаптируются к условиям без участия человека.
Фото: hi-tech.mail.ru