После этого снимем вату с сухого термометра и убедимся, что спиртовой столбик остался на том же уровне. Значит, есть основания предположить, что показания сухого капиллярного термометра (совпадающие с показаниями пружинного биметаллического термометра) соответствуют температуре воздуха. Но что же тогда показывает влажный термометр?

Размотаем вату, и будем лишь увлажнять поверхность стеклянного резервуара (например, протирая его той же мокрой ватой). Показания влажного термометра останутся теми же, что и при обмотке влажной ватой, хотя теперь влажный резервуар капиллярного термометра контактирует непосредственно с воздухом.

Таким образом, таблица 1 имеет некий фундаментальный смысл, а именно: испарение жидкости с поверхности предмета приводит к его охлаждению. Или, выражаясь другими словами, — испарение требует затрат тепла. Действительно, на испарение (выкипание) воды уходит очень много тепла (0,63 кВт.час/кг). Это так называемая скрытая теплота испарения.

Таким образом, резервуар «влажного» термометра в нашем эксперименте начинает охлаждаться за счёт испарения воды. При этом возникает кондуктивный поток тепла к охлаждающемуся термометру и при определенной разности температур наступает баланс влажного термометра. То есть, сколько тепла поступает на термометр, столько и тратится на испарение воды с его поверхности. Если же испарение невозможно (например, при относительной влажности воздуха 100%), то влажный термометр будет показывать ту же температуру воздуха, что и сухой.

Вышеприведенная таблица 1, составленная для всех температур и влажностей воздуха, называется психрометрической. Она известна каждому метеорологу — по ней определяют относительную влажность воздуха.

Что же даёт нам эта таблица применительно к бане? Предположим, мы вошли сухими в баню, нагретую до 40°С. Так же, как и сухой термометр, мы начинаем нагреваться до 40°С, и нам становится тепло. Протрём себя мокрой, пусть даже горячей тряпкой. Казалось бы, ничего не должно случиться. Но чудо! Если баня сухая с влажностью 48%, наше тело (так же, как и влажный термометр) начинает охлаждаться до 30°С. Становится холодно! А, значит, надо повышать температуру воздуха, чтобы не замерзнуть.

Впрочем, есть и другой способ решения задачи. Повысим влажность воздуха до 94%, например, плеснув («поддав») воду на раскалённые камни или просто открыв крышre чана с кипящей водой. В соответствии с таблицей 1 влажное тело тотчас начинает нагреваться до 39°С. Нам снова становится тепло, хотя, судя по сухому термометру, температура воздуха в бане от поддачи воды практически не повысилась и осталась на уровне 40°С.

Так что же, достаточна ли температура 40°С для бани или нет? Почему нам то жарко, то холодно? Что все это означает? Да лишь одно: оценивать микроклиматические условия в бане только по температуре нельзя — говорить надо о двух климатических параметрах: температуре и влажности воздуха. Всё как в обычной жизни. Если вы приземляетесь в Гаване и вам говорят, что температура воздуха за бортом 40°С при влажности 90%, то надо срочно снять пиджак, поскольку за бортом — пекло. Но если вы приземляетесь в Ашхабаде и вам объявляют, что за бортом 40°С при влажности 10%, то надо ещё подумать, так ли необходимо этот пиджак снимать.

Что такое сухой или влажный воздух, мы сразу интуитивно понимаем «кожей». Но что такое влажность воздуха и как её измерить?

Первичным объективным параметром содержания в воздухе воды является абсолютная влажность воздуха -массовая концентрация молекул воды в воздухе или массовое содержание газообразной воды (водяного пара) в воздухе. Если водяного пара в воздухе мало, то воздух — сухой, если много — влажный.

Но что значит — много или мало? Например, 100 г газообразной воды, содержащейся в 1 м3 воздуха, — это много? Да ни много, ни мало — просто именно столько и ничего больше. А вот если спросить, много ли 100г газообразной воды в 1 м3 воздуха при температуре 40°С, то можно определённо сказать — очень много. Так много, что никогда и не бывает.

А теперь вспомним школьный курс физики и проведём простейший эксперимент. Нальём воду в кастрюлю и, закрыв её крышкой, поставим в термостат-духовку, нагретую до 40°С. По мере нагревания воды в кастрюле будем замерять под крышкой абсолютную влажность воздуха. Повышаясь, она достигнет некоторого предельного максимального значения (0,05 кг/м3), которое называют плотностью насыщенного пара при 40°С. Поднимем температуру термостата до 50°С. Абсолютная влажность воздуха под крышкой также повысится и достигнет уже другого максимального значения — 0,08 кг/м3, называемого плотностью насыщенного пара при 50°С. Если мы продолжим эксперимент, то получим следующую таблицу плотностей насыщенного пара (то есть максимальных значений абсолютной влажности воздуха) при различной температуре воды в кастрюле (табл. 2).

Таблица 2. Плотность насыщенного пара при различных значениях температуры воздуха

А теперь начнём охлаждать термостат, например, с 50°С до 40°С. Абсолютная влажность воздуха (содержание водяных паров в воздухе над водой под крышкой) снова сократится до приведенного в таблице 2 значения 0,05 кг/м3. Куда же пропала вода из воздуха? Излишний пар конденсировался, то есть превратился в воду. Конденсироваться пар может на охлаждающихся стенках кастрюли в виде мелких капель воды (росы), как в случае запотевшего стекла или зеркала. А может и в виде тумана (мелких капелек воды размером менее 1 мкм). Температуру 40°С для абсолютной влажности воздуха 0,05 кг/м3 называют точкой росы.

А теперь сделаем небольшое отступление и выясним, что такое водяной пар. Очень многие любители бани полагают, что каменки русских бань «выдают» при «взрывных» поддачах отнюдь не какие-то там пары воды, а газовзвеси (пыль) мелких частиц горячей воды. Причём, мол, самые микроскопические частицы горячей воды и есть тот самый «лёгкий пар». В соответствии с этой теорией и клубы «белого» пара из чайника представляются первичным актом «испарения» воды в чайнике. Затем эти крупные частицы «белого» пара «испаряются» (якобы диссоциируют) вновь уже с образованием микроскопически невидимых глазом частиц воды.

Ясно, что все эти соображения являются следствием незнания молекулярной теории веществ, а отсюда и неспособности представить себе конденсированную воду в виде совокупности взаимопритягивающихся молекул, из которой, преодолевая барьер, могут вылетать в воздух отдельные наиболее энергичные молекулы воды (способные разорвать «узлы» взаимного притяжения), как раз и образующие пар в виде газа. Водяной пар - это не вода и не жидкость (пусть даже мелко раздробленная), а газ. Это отдельные молекулы воды в пространстве, которые настолько далеки друг от друга, что практически не притягиваются друг другу (но иногда взаимодействуют в результате соударений и из-за этого способны постоянно объединяться — конденсироваться при низких скоростях столкновений молекул). Молекулы воды в виде водяного пара в бане всегда находятся в среде молекул воздуха, образуя особый газ — влажный воздух, то есть смесь воздуха с водяным паром (смесь молекул воды, азота, кислорода, аргона и других компонентов, составляющих воздух). И если этот влажный воздух является горячим, то его в банях называют «паром».

Пары воды так же, как и любой газ или пар (например, испаряющегося бензина), невидимы, а туман, рассеивая свет, видим в виде белой «дымки». В повседневной жизни мы нередко наблюдаем, как из чайника или из-под крышки кастрюли выходит пар. Сначала невидимый (в виде газа), по мере удаления от кастрюли он постепенно начинает охлаждаться, конденсироваться и превращаться в струи тумана. Затем, при смешивании с большими количествами воздуха капельки тумана вновь испаряются и пропадают.

В банном быту под паром обычно правильно понимают именно невидимые пары воды в воздухе, в том числе паром называют сам горячий влажный воздух в бане: «в бане горячий пар» или «в бане холодный пар». Туман же в бане в виде «клубов пара» является нежелательным явлением. Он образуется при залповом проникновении холодного воздуха через раскрывающуюся дверь во влажную баню, а также при поддачах на недостаточно прогретые камни при низких температурах воздуха в бане (точно так же, как туман образуется при выходе пара из чайника). В любом случае образование тумана можно предотвратить повышением температуры пара, а также повышением температуры и снижением влажности воздуха, в который поступает пар. Если при входе в баню лицо чувствует влагу (потеет), а очки запотевают, — то говорят, что пар «влажный», если ощущения влаги нет — пар «сухой». Безусловно, всё это следует отнести к издержкам в терминологии, поскольку водяной пар (в виде газа) сухим или влажным быть не может, а говорить нужно о том, сухой или влажный воздух.

Однако вернёмся к таблице 2 и посмотрим, что из неё ещё следует?

Во-первых, содержание воды в воздухе в виде пара не может быть сколь угодно большим. Значение абсолютной влажности воздуха ограничено неким максимальным значением, приведённым в таблице 2, которое называют плотностью насыщенного пара при заданной температуре.

Во-вторых, плотность насыщенного пара растёт по мере повышения температуры.

В-третьих, если абсолютная влажность воздуха ниже плотности насыщенного пара при данной температуре, вода будет испаряться до тех пор, пока абсолютная влажность воздуха не вырастет до значения плотности насыщенного пара при этой температуре. Если же воздух с водой не контактирует, то абсолютная влажность воздуха возрастать не может, поскольку испаряться нечему.

Остановимся более подробно на последнем заключении. Снова возьмём кастрюлю с водой и поставим её в термостат. Как мы уже выяснили, содержание водяных паров в воздухе под крышкой (абсолютная влажность) будет повышаться до плотности насыщенного пара.

Теперь продуем кастрюлю абсолютно сухим воздухом той же температуры, что и вода в ней и полностью удалим тем самым влажный воздух из-под крышки. В кастрюле на какое-то время установится абсолютная влажность воздуха, равная нулю. Затем она неминуемо снова начнёт увеличиваться за счёт испарения воды. Причём мы точно знаем, что она будет увеличиваться до значения плотности насыщенного пара при данной температуре. Каким же параметром охарактеризовать процесс увлажнения воздуха?

Наиболее естественно определить степень влажности (сухости) воздуха отношением реальной абсолютной влажности воздуха в данный момент к максимально достижимой абсолютной влажности воздуха при заданной температуре. Называют это отношение относительной влажностью воздуха и измеряют в процентах. Если относительная влажность воздуха равна нулю, то водяных паров в воздухе нет совсем (абсолютно сухой воздух). А если относительная влажность равна 100%, то воздух максимально влажен.

Таким образом, процесс повышения абсолютной влажности воздуха под крышкой кастрюли, если в ней есть вода, характеризуется повышением относительной влажности воздуха от 0 до 100 %. Относительная влажность указывает, может ли повыситься абсолютная влажность воздуха, если его привести в контакт с водой той же температуры, и насколько она может повыситься. Другими словами, относительная влажность воздуха фактически характеризует потенциальную влагоёмкость воздуха.

Например, относительная влажность воздуха 30% означает, что в воздухе испарено лишь 30% от того, что в принципе можно было бы в воздухе испарить, но пока не испарено (или пока не может быть испарено по причине отсутствия жидкой воды или низкой её температуры).

Относительная влажность воздуха обязательно относится к какой-либо конкретной температуре воздуха, то есть указывать значение относительной влажности воздуха без указания температуры воздуха бессмысленно.

Например, относительная влажность 30% при температуре 20°С означает, что в воздухе испарено 0,005 кг/м3 воды, а относительная влажность 30% при температуре 80°С означает, что в воздухе испарено 0,09 кг/м3 воды. Согласитесь, что это не одно и то же. С другой стороны, одна и та же абсолютная влажность соответствует различным относительным влажностям при различных температурах.

Но что же из всего этого следует в практическом плане? Об этом мы поговорим в следующий раз.

Литература
1. Сауна. Гигиеническая баня для дачника и садовода, М.: "Издательство ACT", 2004. 2. Теория бань. Учебник, М.: "Книга и бизнес", 2006