Теплоизоляционные свойства снега и почему спать в снегу холодно
Снег – это атмосферные осадки, состоящие из мелких кристаллов льда. Существует устойчивое мнение, что снег является хорошим теплоизолятором и поэтому может обладать едва ли не волшебными свойствами на маршруте. Особенно хороши такие теоретические изыскания дома в тепле.
Давайте рассмотрим более внимательно аспекты использования снега на маршруте.
Снег выпадает на поверхность земли в форме снежинок примерно 5 мм в диаметре и массой 0,004 гр. При этом снежинки на 95 процентов состоят из воздуха и как раз именно это обеспечивает показатель теплоизоляции в 0,1-0,15 вт\м*гр, при плотности 100-200 кг\м3. Показатель теплоизоляции сравним с хорошими строительными утеплителями. Судя по этому, можно просто выйти на улицу, упасть в сугроб и спокойно спать – будет тепло. Тем не менее, если бы всё было так, то бомжей на улицах нашей страны было бы больше, чем в любом другом государстве мира.
Выйдем на улицу и пройдёмся по снегу. Он хрустит. За счёт чего? За счёт того, что кристаллики льда ломаются и снег уплотняется. Как частный случай, при температуре от минус двух и теплее снег не скрипит, так как кристаллы льда не ломаются, а тают. Конечного результата это не меняет – снег становится более плотным и его показатели теплоизоляции падают. Кроме этого, снег не имеет свойства лежать на поверхности именно в том состоянии, в котором упал. Он постоянно меняется, с течением времени, изменения температуры, влияния ветров, из-за переноса и дрейфа по склонам. В горах снег постепенно может превратиться в фирн, а затем в лёд. Существует большое количество состояний снега, но наилучшими теплоизоляционными свойствами обладает только свежевыпавший. Увы, обладает он этими свойствами только до тех пор, пока его не сжать. В целом, в процессе изменения свойств снега его плотность может значительно увеличиться, а теплоизоляция ухудшиться почти на порядок.
Почему тогда рекомендуются снежные норы при аварийных зимних ночёвках? Можно ли переночевать в сугробе в одежде, просто закопавшись в снег? Почему северные народы строят хижины из снега? Если, казалось бы, всё так плохо с теплоизоляцией у снега?
По поводу ночлега в сугробе всё просто – зависит от одежды. В принципе, каждый из трёх вышеозначенных вопросов завязан на второй закон термодинамики, как и почти всё, связанное с теплом. Человек, полностью зарывшийся в снег, составляет со снегом систему, которая должна уравновеситься в отношении температуры. Так как температура человека выше, чем у снега, то тепло должно интенсивно уходить от него в толщу снега. Одежда как раз должна эти потери предотвращать. Хорошим моментом является уже само то, что температура снега выше, чем воздуха и выше, чем грунта. Это уменьшает потери тепла.
Плохим моментом мы получаем то, что снег может таять и, во-первых, превращаясь в лёд, значительно терять в теплоизоляции, а во-вторых, проникая в мокром виде в нашу одежду, может снижать её теплоизоляцию. Отсюда вывод – одежда должна быть такой толщины и обладать такими свойствами, чтобы тепло, выделяемое человеком, почти полностью сохранялось в пакете одежды, при этом температура поверхностного слоя этого пакета должна всегда быть равной температуре снега, в который мы улеглись. Вот два условия, при которых ночёвка в слое снега будет безопасной. Многие животные за счёт этого и переживают зиму – шкура позволяет и жир под ней. Естественно, для всего этого нужно быть здоровым и сытым, потому что потери тепла в принципе неизбежны, и оно должно генерироваться организмом. Также соответствующим пакетом одежды должно обеспечиваться всё тело полностью, включая все лапы. Другими словами, если в хорошем тельнике, бушлате на меху, толстых ватных штанах, валенках на тёплые носки, меховых рукавицах и шапке на меху залезть в снег, то можно там вполне удобно устроиться.
О строительстве снежных нор и особенностях ночёвок в них я уже писал. Зачастую для норы приходиться искать специальное место, например, надув, где её можно вырыть. Или же самому нагребать кучу снега и ждать некоторое время, пока она смёрзнется. В отличие от просто ночёвки в сугробе, задачей норы может ставиться как раз изоляция поверхности одежды от снега. То есть, одежда слишком неподходящая, для того, чтобы просто завалиться в снег. Кроме того, в горах при непогоде другого варианта может не быть. Да, теплоизоляция снега в таких случаях невысока, но она есть в принципе. В норе нет потерь от конвекции — если нора правильно сделана, конечно. Это особенно важно, когда снаружи ветер.
Если мы роем снежную нору и у нас недостаточно плотный пакет одежды, чтобы предотвратить потери тепла через тепловое излучение, то немаловажным в успехе дальнейшего бытия будет играть коврик или импровизированная подстилка. Если её не будет, то замерзание в таком случае станет неизбежным. Если она есть, то воздух между вашим телом и стенами норы, благодаря тепловому излучению от вашего тела, немного прогреется. Чем теплее и безветреннее будет снаружи, чем толще стены у вашей норы, тем выше будет температура внутри. Ненамного, конечно, но выше. Бывает, перепада температур достаточно для выживания. Что такое перепад температуры в десять градусов? Это много для аварийной ночёвки, но при минус сорока градусах снаружи это может уже не помочь. Плюс к этому, одежда может отсыреть и если к следующей ночи она не высохнет, выжить станет сложнее.
Отсюда вывод – при неизбежной ночёвке в толще снега, чем хуже одежда, тем более чаша выбора между убежищами должна склоняться в сторону норы, при прочих равных условиях, конечно.
Теперь о снежных хижинах эскимосов – иглу. Почему свои дома они строят из снега? Ответ очевиден и прост донельзя – а больше строить не из чего. Больше там ничего нет. Это, во-первых. Во-вторых, хижины отапливаются жировками – горелками на жире. Тут всё просто – можно построить самый технологичный и тёплый дом на свете, потом прийти в него среди суровой зимы и обнаружить, что там холодно. Логично – тёплый дом, спальный мешок, одежда и прочее, они должны удерживать уже существующее тепло, а сами по себе они греть не могут, так как для этого нужен источник энергии. Также и иглу эскимосов – они теплы, пока в них топят. Также, как туристическая палатка с печкой – на улице может быть минус тридцать, а внутри плюс тридцать. Разница только в том, что палатка теплоизоляции вообще никакой не имеет и стоит только прекратить топить печку, как температура в течение короткого промежутка времени сравняется с уличной. У иглу теплоизоляция какая-никакая, а присутствует. По сравнению с палаткой, она просто отличная. Грамотная конструкция, плюс в долговременных посёлках шкурами укрываются и стены жилища, существенно повышая степень удерживания тепла.
В походах с палаткой снег может являться защитой от ветра. Палатку вкапывают, юбку засыпают снегом, строят ветрозащитные стены из блоков. В долговременных лагерях выше уровня леса и при наличии толстого снежного покрова, кухни и отхожие места часто делаются в виде пещер, а переходы между палатками и пещерами выполняются траншеями.
Вывод: снег хороший теплоизолятор в том случае, если ничего другого нет, и при том условии, если с умом подходить к его использованию. Но его свойства не спасут человека, который уже замёрз, устал, голоден или просто его снаряжение и одежда не позволяют достичь цели выживания при помощи только лишь укрытий из снега.
Источник
При условиях толстых снега
- Главная
- Список секций
- Физика
- Свойство снега сохранять тепло
Свойство снега сохранять тепло
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Введение
Трудно себе представить леса и равнины, величавые горы, да и всю нашу жизнь без снега, без его очарования. Зимой в нашей стране снег одевает белым покрывалом огромные пространства на долгие месяцы. В каждой снежинке предстают перед нами красота и гармония природы. Снег — чудеснейшая особенность нашей планеты. Он обладает многими свойствами: без вкуса и запаха, тает при комнатной температуре, белого цвета, рыхлый.
Также снег обладает ещё одним свойством – он плохой проводник тепла. Он является укрытием для многих растений и животных. Даже человек строит себе жилища из снега, используя его свойство – сохранять тепло, накопленное предметом.
Цель работы: проведение экспериментального подтверждения сохранения тепла снегом
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1.Изучить литературу по данной теме.
2.Узнать о значении снега в жизни животного и растительного мира.
3. Познакомиться с постройками жилищ жителей Северного края-иглу.
4.Провести опыты по подтверждению сохранения тепла снегом.
5.Обобщить полученные результаты и сделать вывод.
Гипотеза: предположим, что снег не греет, а сохраняет тепло, исходящее от различных предметов.
Объект исследования: снег.
Предмет исследования: способность снега сохранять тепло.
Актуальность и практическая значимость работы:
В нашей местности холодная и длинная зима. Многие культурные и дикорастущие растения неустойчивы к низким температурам, зимуют и выживают лишь благодаря снегу. В бесснежные зимы они гибнут.
Для многочисленных животных жизнь продолжается в любое время года. Помимо теплых зимних нарядов из перьев или меха пережить стужу им помогает снег. Многие мелкие животные прячутся под снегом и находят себе пищу.
Человек должен уметь использовать снежный покров, управлять им. Для этого надо, конечно, знать свойства снега.
Данная работа может быть использована как, дополнительный материал на уроках окружающего мира. Мое исследование – это попытка привлечь внимание моих сверстников к познанию нового.
Основная часть
Теоретические исследования
1.1. Снег и его свойства
Что же такое снег? Словарь Даля разъясняет нам, что снег — это «мерзлые пары, падающие в виде хлопьев, клочьев, с облаков; самый рыхлый лед, заменяющий зимой дождь».
В толковом словаре Ушакова написано: «Снег это атмосферный осадок в виде белых хлопьев, состоящих из спаянных кристалликов воды разных форм, преимущественно в форме звездочек»[1].
Теперь даже дошколята знают, что все снежинки представляют собой шестиугольники и узор каждой из них уникален, то есть, не существует двух одинаковых снежинок. Но впервые об этом факте сообщил астроном и астролог Кеплер в 1611 в своем научном трактате «О шестиугольных снежинках». А у католиков даже есть праздник летнего снегопада. Связан он с легендой, согласно которой Дева Мария летом выпавшим снегом указала место, где следовало воздвигнуть храм в ее честь.[2] Изучая различные источники, мы узнали, что многие царицы и придворные дамы активно использовали омолаживающие свойства снега и льда.
От теоретических изучений мы перешли к практической деятельности. При наблюдении обратили внимание, что в морозную погоду снег падает отдельными снежинками — прозрачными льдинками с шестью лучами. При сильном ветре лучи и грани у них обламываются. И белые цветы, и звезды превращаются в снежную пыль.
Сильный ветер при небольшом морозе может скатать снежинки в плотные белые шарики. Тогда с неба падает «крупа». Она похожа на снежки, которые мы лепим из снега, только очень маленькие, меньше горошины. Если на земле нет сильного мороза, снежинки прилипают друг к другу, при этом образуются хлопья различной величины. Когда лыжник на большой скорости падает в снег, ему не больно. Потому, что снег – это множество снежинок, между которыми находится воздух, почти как огромная перина.
Снег — непрозрачный, рыхлый, сыпучий, плавает в воде, под действием тепла превращается в воду.
1.2. Значение снега в жизни животного и растительного мира
Для многочисленных животных жизнь продолжается в любое время года. Помимо теплых зимних нарядов из перьев или меха пережить стужу им помогает снег. В толще снега бывают прорыты целые лабиринты ходов, в которых кипит невидимая для нас жизнь. Спешит по своим делам, чаще всего, чтобы раздобыть себе пищу, пушистая звериная «мелкота». Это полевки, а также землеройки – небольшие, ведущие в основном ночной образ жизни.
Немало птиц знают, что снег не дает замерзнуть, и поэтому любят в нем отдыхать днем или спать ночью. Среди таких птиц рябчики, полевые тетерева и куропатки, а также более мелкие птицы: коноплянки, снегири и воробьи. Если снег глубокий и пушистый, некоторые птицы ныряют в него прямо с разлету, подобно тому, как морские птицы ныряют в воду. Таким хитрым способом они не оставляют следов, по которым хищники могли бы увидеть или учуять их.
Вода в реке закрыта снежно – ледовым покрывалом, которое надёжно защищает воду от замерзания, а растения, рыбу и других животных от гибели.
«Снега надует – хлеба прибудет», — говорят в народе. Так оно и есть. В августе на полях сеют рожь. В конце сентября появляются всходы. Поля похожи на красивый зеленый ковер. Если этот ковер не окажется под снегом, то большая часть урожая погибнет. Снег прикроет луга и поля, и под снежным покровом не страшен мороз озимым хлебам в поле и многолетним травам на лугу.
Под снегом почти не бывает больше двух градусов мороза. [3] Многие дикорастущие и культурные растения зимуют и выживают лишь благодаря снегу. В бесснежные зимы корни гибнут и растение умирает.
Чтобы снега на полях задерживались больше, люди ещё с осени расставляют по лугам и полям рядами щиты, которые хорошо задерживают снег. Около них ветер наметает большие, снежные сугробы.
На севере охотники, застигнутые метелью, когда до дома далеко, ложатся в снег с собаками вместе, и их заносит снегом. После метели они выбираются из снега живыми.[3]
1.3. Жилище северных народов-иглу
Снег – это атмосферные осадки, состоящие из мелких кристаллов льда. Снег выпадает на поверхность земли в форме снежинок. При этом, если внимательно рассмотреть снежинки, то можно заметить, что между отдельными снежинками имеются большие промежутки, которые заполнены воздухом. А как нам объяснила Марина Викторовна Мальцева – учитель физики, что воздух между снежинками плохо проводит тепло и не дает теплу уйти, как раз именно это и обеспечивает теплоизоляцию. Даже пятисантиметровый слой снега способен защитить корни растений при сильном морозе. Но при условии: снег должен быть рыхлым. Чем плотнее снег, тем меньше корни растений защищены от промерзания.
Кроме того, мы узнали, что эта способность снега не пропускать тепло, называется теплопроводность.
Итак, из беседы нам стало понятно, что сам по себе снег тепла не дает, но снежный покров препятствует потере тепла, уменьшает промерзание почвы и способствует лучшему сохранению растений.
Люди используют это свойство снега при постройке жилищ.
Жители Северного края — эскимосы, строят себе жилище из снега. Почему? Ответ прост, больше не из чего строить. Иглу, так называются снежные домики жителей севера.
Они представляет собой куполообразную постройку диаметром 3-4 метра и высотой около двух метров, из уплотненных ветром снежных или ледяных блоков. Свет в иглу проникает прямо через снежные стены, хотя иногда устраивают окна из тюленьих кишок или льда.
Название «иглу» переводится с языка северных жителей, как «зимнее жилище эскимосов». Зачем нужен снежный дом? Эскимосы живут в суровых условиях крайнего Севера, где постоянно дуют холодные ветры, несущие с собой обильные снегопады.
Жители региона выживают благодаря стадам северных оленей, находящихся в постоянном движении в поисках пищи в тундре. Эскимосы не могут иметь стационарный крепкий дом, так как им приходится двигаться за стадом. Многим покажется странным, как это из снега можно построить теплое жилище, укрывавшее людей в лютые морозы и ветры. Но на самом деле жилище эскимосов очень теплое. Путешественники, альпинисты и исследователи Арктики не раз в этом убеждались. Так что знания правил построения иглу может пригодиться всем любителям путешествий и искателям приключений.
Нужно брать плотный, сухой снег с равномерной мелкозернистой структурой, хорошо удерживающей тепло. Необходимые блоки выпиливают ножовкой или вырезают острым длинным ножом. Строительство иглу начинается с продумывания размеров помещения. Для небольшой семьи достаточным будет строение диаметром в 3 м и высотой потолка в 2 м.
Существуют целые деревни для нескольких семей, состоящие из большого числа иглу. Обычно они под снегом соединяются между собой коридорами, по которым люди могут навещать родственников, не выходя на холодную поверхность долгой зимней арктической ночью. Напротив входа делается лежанка из снега, покрытая шкурами тюленей или оленей в два слоя. Для выхода дыма в крыше, выдалбливается небольшое круглое отверстие, в которое вставляется труба. Входное отверстие завешивают ширмой из плотной материи или шкур животных. (Приложение1)
Практическая часть
2.1.Эксперимент 1
Чтобы выяснить, действительно ли под снегом теплее, мы провели такой эксперимент.
Вечером налили в одинаковые бутылки одинаковое количество воды. Одну бутылку зарыли глубоко в сугроб, а вторую оставили сверху на сугробе. Утром мы посмотрели, что произошло.
В бутылке, которая находилась на поверхности сугроба, вода замерзла и бутылка раскололась. В бутылке, закопанной в сугроб, вода тоже замерзла, но стеклянная бутылка осталась целой.
Значит действительно, внутри сугроба теплее, чем на его поверхности. (Приложение 2)
2.2.Эксперимент 2
Мы раскопали участок земли и под толстым слоем снега нашли зелёные листочки садовой клубники. Следовательно, слой снега защищает корни растений от вымерзания. Это свойство снега человек широко использует в сельском хозяйстве, высевая осенью озимые. Под снегом эти сорта зерновых прекрасно переносят зиму. Ранней весной дают всходы. Урожай озимые дают раньше, чем при обычных посадках зерновых. (Приложение 3)
2.3. Эксперимент 3
Свойство снега сохранять тепло используют эскимосы, строя из него себе жилище — иглу.
Мы тоже решили построить снежный домик. Выпилили из снега ножовкой бруски и сложили из них снежный домик, похожий на дом эскимосов-иглу. 28 января было не очень холодно. Температура воздуха минус 12 градусов, но дул очень сильный пронизывающий ветер. В нашем домике было намного теплее, ведь ветра там не было. Затем мы закрыли вход одеялом и зажгли свечи. Чем дольше мы обогревали помещение, тем теплее в нем становилось. Через час термометр показывал минус пять градусов. Мы погасили свечу и продолжили наблюдение. Через два часа температура не понизилась.
Значит, снежные блоки не пропускали тепло, а задерживали его внутри. (Приложение 4)
2.4. Эксперимент 4
Мой дедушка увлекается рыбалкой. Особенно он любит зимнюю рыбалку. Дедушка рассказал, что рыбаки укрываются от холода в палатках. Мне стало интересно, что лучше охраняет тепло, мой снежный домик или дедушкина палатка.
4 февраля температура воздуха была -7 градусов. Мы зажгли в палатке свечу и температура начала повышаться. Через 10 минут температура повысилась до – 3 градусов, через 25 минут до + 5 градусов, а через 60 минут достигла отметки +15 градусов.
Когда мы потушили свечу, температура воздуха в палатке начала резко понижаться. Через 5 минут температура воздуха была +7 градусов, через 10 минут 0 градусов, а через 15 минут температура в палатке стала такой же, как за ее пределами, то есть -7 градусов.
Из этого эксперимента следует, что при наличии источника тепла прогреть воздух в палатке можно довольно быстро. Но температура воздуха в палатке быстро понижается при отсутствии источника тепла. (Приложение 5)
Вывод: и палатка, и иглу изолируют от мороза и ветра. Долговечны. Легко и быстро возводятся. Иглу при этом не требует никаких материальных затрат. При наличии дополнительного источника тепла (свеча, горелка) прогреть воздух можно довольно быстро. Однако, в палатке воздух прогревался быстрее, но в снежном домике, даже при отсутствии источника тепла, температура воздуха длительное время не понижалась. Почему? Снег имеет свойство хорошо сохранять тепло.
III. Заключение
В процессе работы мы узнали, что снег – это не просто зимний пейзаж, снег – это высокие урожаи, строительный материал для зимовий и различных хранилищ на севере. Источник воды на юге. Он является укрытием от холода для многих растений и животных. Даже человек строит себе жилища из снега, используя его свойство – сохранять тепло, накопленное предметом. С глубиной снега температура повышается. Чем глубже снег, тем больше разность температур на поверхности снега и на поверхности почвы под снегом.
Опытным путем мы доказали, что выражение «снег греет» используется в переносном значении, так как снег, ложась на землю, согретую летним солнцем, не дает ей остывать. Кроме того, мы узнали, что эта способность снега не пропускать тепло, называется теплопроводность.
Мы считаем, что выдвинутая нами гипотеза подтвердилась. Снег не греет, но хорошо сохраняет тепло.
Список использованной литературы
Большая книга для любознательных. Москва «Росмэн», 2000
Я познаю мир. Детская энциклопедия. Москва ООО «Издательство АТС», 2003
Источник
