Šiltas Oras Kyla Į Viršų: Fizikos Dėsniai ir Jų Pritaikymas

Jau visiems įprasta, kad karštas vasaros dienas dažnai palydi audros su įspūdingais žaibais. Tai tokia galinga ir nenuspėjama gamtos jėga, kurios neįmanoma nei suvaldyti, nei kaip nors ją panaudoti. Iš tiesų, daugelis gamtos reiškinių ir kasdienių situacijų yra tiesiogiai susiję su šilto oro kilimu į viršų - elementariu fizikos dėsniu.

Kumuliniai debesys susidaro dėl šilto oro kilimo aukštyn.

Žaibo Susidarymas: Šilto ir Šalto Oro Sąveika

Kaip aiškino Fizinių ir technologijos mokslų centro (FTMC) mokslininkas, fizikos mokslų daktaras Sergejus Orlovas, žaibų susidarymas yra panašus procesas kaip ir plaukų įsielektrinimas. Vienas objektas tiesiog įgauna teigiamą, o kitas - neigiamą krūvį. Tai dažniausiai nutinka tada, kai būna šilta, nors gali būti ir tada, kai šalta, svarbiausia, kad būtų šilto oro srovių, kurios kyla į viršų ir maišosi su šalto oro srovėmis. „Žaibai pirmiausia susidaro jiems būdinguose debesyse, yra kelios jų rūšys.

Dėl to pradeda formuotis ledo kristalai arba krušos dalelės. Į viršų keliauja ledo kristaliukai, snaigės, jie įgauna teigiamą krūvį. O žemyn, tame debesyje, krenta krušos dalelės, kurios turi neigiamą krūvį. Taip išeina, kad per tą didelį debesį (jo storis gali būti maždaug kilometras) susidaro elektros krūvio skirtumas. Kai tas debesis slenka per žemę, iš jos gelmių ir paviršiaus suteka vadinamasis veidrodinis krūvis, jis yra to žemesnio, neigiamai įkrauto, debesies sluoksnio atspindys.

Anot jo, šias dvi plokšteles skiria oras ir dažniausiai tas krūvis išlieka atskirtas. „Žaibas ieško sau kelio ir susidaro tokie takai nuo debesies link žemės. Tas kelias, vadinamasis vedlys, nėra vienas, jis šakojasi į kelias atšakas. Iš kitos pusės nuo žemės link debesies yra kitas vedlys. Kai tie du vedliai atsiduria vienas šalia kito, jie susijungia ir įvyksta elektros išlydis, mes matome žaibą“, - kalbėjo S. Orlovas.

Idealiu atveju, jeigu debesies ir žemės paviršius būtų lygus, nebūtų vietos tiems vedliams susidaryti. Tačiau dažniausiai ir debesis turi dalių, artimesnių žemei, o ant žemės paviršiaus būna kalvų, medžių ir kitokių išsikišimų. Žaibus, pasak mokslininko, taip pat gali sukelti ir ugnikalnių išsiveržimai. Karštas oras kyla į viršų, tuomet atsiranda trintis tarp vandens ir iš ugnikalnio besiveržiančių dalelių.

Dažniausiai žmonės galvoja, kad žaibai susidaro tik tada, kai lyja, bet tai netiesa. Yra sausų žaibų, kai vyksta koks nors gaisras miškuose, dega medžiai, susidaro tokie degimo debesys, juose vyksta tas pats procesas kaip ir paprastuose žaibo debesyse - šiltas oras keliauja į viršų, ten susimaišo su šaltu oru. Tik ten nebe ledas, o tie degimo produktai susimaišo su tam tikru kondensatu. Taip pat įdomu tai, kad žaibuoti gali ir tuomet, kai įvyksta termobranduolinis sprogimas ar į kosmosą kyla raketa.

S. Orlovas įvardijo, kad dažniausiai žaibas trenkia į aukščiausiai esantį objektą. „Žaibas greičiausiai smogs į tą vietą, kuri yra aukščiausiai, tai ne veltui pas mus yra žaibolaidžiai iškeliami ant stogų - tai yra aukščiausia metalinė namo vieta.

Kaip įvardijo S. Orlovas, yra specialių žaibų laboratorijų, kurios šauna į dangų raketas su ritėmis ir viela. Ritės išsivynioja ir inicijuoja žaibą. „Buvo įvairių bandymų ir Sovietų Sąjungoje, ir Jungtinėse Amerikos Valstijose (JAV) žaibus suvaldyti. Netgi buvo eksperimentinių žaibų gaudymo mašinų. Kartais žaibo energiją pavykdavo pagauti, kartais ne, tas efektas yra pernelyg nekontroliuojamas, negali tiksliai nuspėti, su kokia galia žaibas smogs ir kur. Mokslininkams buvo kilę minčių, kad žaibą galima būtų panaudoti deguoniui nuo vandenilio atskirti, vandeniui įkaitinti ir kokiai nors jėgainei paleisti.

Turbūt visiems yra tekę girdėti apie kamuolinį žaibą, per menkiausią plyšelį patekusį į namus. Kaip aiškino S. Orlovas, „Iki šiol neišsiaiškintos sąlygos, kaip jis susidaro, nėra atkartota laboratorijoje kamuolinio žaibo generacija. Iš gamtoje esančių reiškinių pavyko tik pora stebėjimų, kai išėjo pamatuoti spektrą, pagal tai galima įsivaizduoti, iš ko tas kamuolinis žaibas galėtų būti sudarytas.

Problema yra ta, kad jo dydis labai įvairus - nuo centimetro iki metro. Dažniausiai - apie 10-20 centimetrų. Dažniausiai jis būna apvalios formos, bet gali priminti ir kriaušę. Vienintelis dalykas, kuris tiksliai žinomas, yra tai, kad kamuoliniai žaibai dažniausiai atsiranda po paprasto žaibo, smogiančio iš debesies į Žemę. Spalva ne visada balta arba geltona, jie gali būti ir raudoni arba oranžiniai, kelionės trukmė gali būti nuo sekundės iki minutės.

Kitas dalykas, jie gali būti visiškai nejudantys arba gali judėti horizontaliai pastoviu greičiu. Anot jo, žmonės kartais sako jaučiantys karštį, o kartais ne. Kamuoliniai žaibai vienais atvejais juda link metalinių objektų, o kitais atvejais juos visiškai ignoruoja. „Jie gali įeiti į skrendantį lėktuvą ir be jokios žalos iš jo pasišalinti. Kai kurie žmonės kalba, kad ir kvapai lydi tuos kamuolinius žaibus. Labai platus šių reiškinių diapazonas, mokslininkai iki galo nesupranta, kaip jie gali susidaryti. Egzistuoja kelios skirtingos hipotezės“, - teigė S. Orlovas.

Viena iš teorijų sako, kad žaibas, trenkęs į žemę, atskiria smėlyje esantį silicį nuo deguonies, šis vėliau susijungia su dirvoje esančia anglimi ir virsta anglies dvideginiu. Paskui silicio dalelės sukimba viena su kita, pradžioje jos sudaro ilgas grandines, vėliau iš jų susidaro lengvi, pūkiniai rutulio formos vėriniai, juos oro srovė pakelia nuo žemės. Oksiduojantis šioms medžiagoms ir išsiskiria energija, išspinduliuojama kaip šviesa. Kiti mokslininkai kamuolinius žaibus sieja su Šventojo Elmo ugnimi.

Šiltas Oras ir Šilumos Perdavimo Būdai

Kiekvienas mokinys fizikos pamokose mokosi apie šilumos perdavimą. Laidumas, konvekcija, spinduliavimas - šie terminai skamba sudėtingai, bet iš tikrųjų juos galima pamatyti kiekvieną dieną savo namuose. Tad prisiminkime pagrindus:

• Laidumas - tai šilumos perdavimas per medžiagą, kai molekulės perduoda energiją viena kitai.
• Konvekcija - tai šilumos perdavimas judant pačiai medžiagai, dažniausiai orui ar skysčiui. Šiltas oras kyla į viršų, šaltas leidžiasi žemyn.
• Spinduliavimas - tai šilumos perdavimas elektromagnetinėmis bangomis.

Būtent dėl konvekcijos, šiltas oras kyla į viršų. Įsivaizduokite, kad jūsų svetainėje temperatūrų skirtumas tarp grindų ir lubų gali siekti net 8°C! Strateginis ventiliatorių išdėstymas ir nukreipimas į lubas padaro paprastą, bet efektyvų darbą - jis nustumia šiltą orą žemyn, sukurdamas tolygesnę temperatūrą visame kambaryje.

Ventiliatorius žiemą padeda paskirstyti šiltą orą.

„Žmonės dažnai neįvertina, kokį didelį poveikį gali turėti tinkama oro cirkuliacija žiemos mėnesiais,” - teigia energetikos efektyvumo ekspertas Robertas Vaitkus. „Mūsų tyrimai rodo, kad optimizuojant oro cirkuliaciją ventiliatoriais, galima sumažinti šildymo išlaidas vidutiniškai 10-15%.

Sukant ventiliatorių priešinga nei įprasta kryptimi (dauguma lubinių ventiliatorių turi krypties perjungimo funkciją), oro srautas nukreipiamas į viršų ir išilgai lubų, o tada žemyn palei sienas. Modernūs, energetiškai efektyvūs ventiliatoriai žiemą, veikdami mažu greičiu, sunaudoja vos 5-10 vatų elektros energijos.

Šildymo išlaidų sumažėjimas, naudojant ventiliatorius, dažnai lieka nepastebėtas, nes tai nėra atskira eilutė sąskaitoje. Tačiau skaičiai kalba patys už save.

Ventiliatorių panaudojimas skirtingose patalpose:

• Svetainė ar valgomasis su aukštomis lubomis: Idealiai tinka lubinis ventiliatorius, nustatytas veikti lėtu greičiu žiemą.
• Miegamasis: Čia ventiliatorius ne tik padeda paskirstyti šilumą, bet ir pagerina oro kokybę. Daugelis žmonių renkasi vėsesnę temperatūrą miegamajame, tačiau nori išvengti šaltų kojų.
• Virtuvė: Ši erdvė dažnai tampa šilčiausia namų vieta dėl maisto gaminimo.

Naujos kartos išmanūs ventiliatoriai žengia dar toliau - jie gali automatiškai keisti greitį ir kryptį priklausomai nuo patalpos temperatūros, taip optimizuodami oro cirkuliaciją be jūsų įsikišimo.

Šilumos Izoliacija ir Energijos Taupymas

Šiltas oras kyla į viršų - tai elementarus fizikos dėsnis. Būtent todėl per neapšiltintą ar prastai apšiltintą stogą prarandama iki 30% viso namo šilumos. Todėl tinkama šilumos izoliacija yra labai svarbi.

Stogo apšiltinimo etapai:

1. Pasiruošimas. Įvertinkite gegnių būklę, išmatuokite tarpus tarp jų.
2. Pirmas sluoksnis (tarp gegnių). Mineralinės vatos dembliai pjaunami maždaug 1-2 cm platesni nei tarpas tarp gegnių.
3. Antras sluoksnis (po gegnėmis). Statmenai gegnėms montuojamas papildomas karkasas iš medinių tašelių ar metalinių profilių. Į šį karkasą sudedamas antras vatos sluoksnis.
4. Garo izoliacinės plėvelės montavimas. Tai barjeras, saugantis visą apšiltinimo sluoksnį ir medines konstrukcijas nuo drėgmės.
5. Vidaus apdaila. Svarbiausia taisyklė - absoliutus sandarumas.

Kai viršutinės patalpų atitvaros apšiltintos sandariai, šiltas oras pradeda kauptis patalpoje, sudarydamas slėgį ne tik į lubas, bet ir į sienas, langus, duris. Siūlau vadovautis tokiu principu - pirmiausia šiltinti tas konstrukcijas, į kurias atsiremia didžiausias šilto oro slėgis.

Šiltas oras kyla aukštyn, o šaltas oras „slenka“ žemyn. Jeigu miegate ant žemos lovos, tai sukelia ne tik diskomfortą, bet ir padidina peršalimo riziką. Norint sušildyti miegamąją zoną be kapitalinio remonto ir brangių šildytuvų, galima pasinaudoti vadinamuoju „oro buferio“ principu, panaudojant kartoną po lova kaip šilumos izoliacinę medžiagą.

Saulės Kontrolė ir Vėdinimo Sistemos Biuruose

Lietuvos klimato zonoje statybą sunkina ne tik tai, kad tenka atsižvelgti į keletą šalčio ciklų. Pasak architektų biuro Vilniaus architektūros studijos architekto Algimanto Pliučo, siekiant kontroliuoti saulės šilumos ir šviesos patekimą į patalpas, galima pasikliauti tiek tradiciniais, tiek moderniais sprendimais. Vienas svarbiausių - teisinga pastato orientacija. Šiaurinėje pastato pusėje įrengtos biuro patalpos niekuomet taip neperkais kaip įrengtos pietinėje pastato pusėje.

Pastaraisiais metais, anot architekto, daug biurų statinių statyti vertikaliosiomis briaunomis, kai, žvelgiant iš pastato kampų, atrodo, kad jis iš viso neturi skaidrių paviršių. Kuriant komfortišką aplinką darbuotojams, biurų statiniuose svarbūs ir kiti inžineriniai sprendimai, susiję su patalpų vėsinimu ir natūraliu jų vėdinimu.

„Kai kuriuose šiuolaikiniuose pastatuose numatomos galimybės kaupti perteklinę saulės energiją arba jos perteklių pašalinti per automatiškai atsidarančius langus. Taip kuriami natūralūs vėdinimo srautai, kurie nesudaro skersvėjo žmogaus darbo zonoje“, - aiškino A. Pliučas. Lietuvoje taip pat projektuojamos specialios atramos, kurios leidžia automatiškai varstytis langams - taip į patalpas įleidžiama šviežio oro, o prikaitęs iš jų išleidžiamas. Dar vienas modernus saulės šviesos kontrolės sprendinys, kuris efektyviai veikia, yra dvigubi ventiliuojami stikliniai fasadai.

„Lietuvoje tebėra įprasta, kad žmonės nori atsidaryti langą. Matyt, tas noras kyla siekiant tam tikro psichologinio komforto. Mano nuomone, langų varstymas yra visai nereikalinga funkcija, mat visas mikroklimatas kontroliuojamas kitais būdais, o ir energijos taupymo prasme langų varstymas prieštarauja šios sistemos efektyvumui. Kartais galbūt pasitaiko šių sistemų įrengimo klaidų, kai darbuotojams nėra suteikiamas maksimalus komfortas tose patalpose, tuomet jiems norisi problemą išspręsti senuoju būdu - atsidaryti langą“, - aiškino architektas.

Pašnekovas atkreipė dėmesį, kad rinkoje esama žaliuzių, kurios, kai nėra saulės, automatiškai susitraukia, arba išsiskleidžia tuomet, kai saulė pasirodo. Pasakodamas apie saulės šviesos kontrolės priemones, specialistas užsiminė, kad esama dar vieno, tiesa, nepigaus sprendimo - tai saulės kontrolės stiklai. Jų stiklo paketai turi tam tikrų atspindinčių savybių, kurios padeda kontroliuoti pro stiklą patenkančių spindulių kiekį.

A. Liolos teigimu, tarp architektūrinės vizijos ir priemonių, kurios padeda kontroliuoti saulės šviesą pasirinkimo, esama glaudaus ryšio: „Žinoma, techniniai sprendiniai paprastai neformuoja architektūrinės vizijos, bet saulės šviesą kontroliuoti padedančios priemonės turi būti sėkmingai integruotos ir netapti estetiką diktuojančiais veiksniais. Patys įtaigiausi ir sėkmingiausi pavyzdžiai, kai išmanieji integruoti sprendiniai lieka nepastebėti.

Efektyviausiai, architekto žodžiais, veikia išoriniai fasadiniai elementai - žaliuzės ar išorinės ritininės užuolaidos. Tuomet saulės šviesos ir šilumos patekimą blokuojantys išoriniai elementai uždaromi ar priveriami. Toks sprendinys panaudotas ir kitame architektų biuro „Arches“ projekte - biurų pastate „Quadrum“, Vilniuje, kur saulės kontrolė vykdoma automatizuotai. Išmaniosios sistemos seka šilumos pokyčius ir, kai reikia, išorinės ritininės užuolaidos būna nuleidžiamos.

tags: #siltas #oras #kyla #i #virsu #patalpoje