Потоотделение, часть 2

Данный процесс протекает под воздействием ряда физических законов, объединяемых понятием «поверхностные явления», на которых мы остановимся подробнее.

Как уже отмечалось, молекулы поверхностного слоя вещества подвергаются неодинаковому притяжению со стороны внутренних слоев вещества и со стороны среды, граничащей с поверхностным слоем, поэтому их свойства всегда отличаются друг от друга: Поверхностные свойства оказывают влияние и на другие свойства вещества.

Если величина поверхности раздела веществ сравнительно невелика, то эти влияния проявляются слабо. Но по мере увеличения поверхности, влияния поверхностных свойств начинают проявляться все сильнее и становятся значительными в случае сильно развитой поверхности. На разделе двух фаз в результате различного межмолекулярного взаимодействия в соприкасающихся фазах обнаруживается направленная внутрь одной из них равнодействующая сил, приложенных к 1 см2 поверхностного слоя. На разделе «жидкость — воздух» эта равнодействующая R направлена внутрь жидкости. Для перенесения молекул из глубины объема жидкости в ее поверхностном слое совершается работа А на преодоление силы R. Эта работа идет на увеличение поверхностной энергии, или избыточной потенциальной энергии, которой обладают молекулы в поверхностном слое, по сравнению с потенциальной энергией молекул остального объема жидкости.

Таким образом, чем большую поверхность имеет жидкость, например свободная поверхность жидкости, вылитой из стакана в тарелку, тем больше ее избыточная поверхностная энергия.

Эта работа на единицу площади поверхности (обычно 1 см2) называется коэффициентом поверхностного натяжения жидкости. С повышением температуры поверхностное натяжение уменьшается. Образование новой поверхности сопровождается увеличением энтропии за счет поглощения тепла из окружающей среды, которая охлаждается, и требуется подводить тепло извне.

Величина свободной поверхностной энергии тонкого слоя жидкости, например пота, определяется также по формуле.

Так как объем тонкого слоя пота, облившего тело, весьма - невелик по сравнению с общей площадью потной поверхности, то избыточная энергия поверхностного слоя жидкости может достигать большой величины, способной притягивать и удерживать на границе раздела «жидкость — газ» большое количество молекул газа. Это увеличивает толщину диффузионного слоя h и пограничного слоя (воздушной оболочки) и понижает скорость испарения.

Поверхностные свойства растворов отличаются от поверхности чистых жидкостей прежде всего тем. что состав поверхностного слоя в той или иной степени отличен от состава внутренних слоев растворов. По мере испарения в поверхностном слое пота повышается концентрация растворенного вещества, в нашем случае — твердых частиц секрета пота, а это еще больше понижает давление насыщенного пара над раствором, а следовательно, уменьшает испарительную способность поверхности. Из этого следует, что соленость «буферного слоя» всегда выше остальной части пота, покрывающего тело, что еще больше понижает скорость испарения пота. При перемешивании раствора концентрация его частиц выравнивается и скорость испарения восстанавливается. В традиционных банях такая процедура практически неосуществима.

Пар, выделяющийся при испарении пота, состоит в основном из водяного пара и незначительного количества газообразных частиц ароматических веществ и аммиака. Пары последнего оказывают на организм человека особо вредное влияние. По многокомпонентности паров испарение пота можно причислить к гетероазеотропным процессам.

Когда поверхность смоченного тела не ровная, а имеет многочисленные макро- и микроскопические выступы и углубления, что полностью относится к поверхности тела человека, то степень насыщения валентных сил молекул, расположенных на различных участках его поверхности, различна, а следовательно, неодинакова и способность их к взаимодействию с молекулами окружающей среды. Это указывает на то, что скорость испарения пота с тела человека не может быть точно определена, можно говорить лишь о средней результирующей скорости, подсчитанной по принципу независимости действий сил.

Жирные кислоты, имеющиеся в составе пота, располагаясь на поверхности жидкости, при разделе фаз «жидкость — газ» в виде «активного слоя» подобно нефти, разлитой на поверхности моря, уменьшают свободную поверхность на разделе фаз и уменьшают поверхностную энергию. Исследования, проводимые Океанологическим институтом Дальневосточного научного центра АН СССР, показали, что продукты окисления нефти — поверхностно-активные вещества — уменьшают скорость испарения воды океана в восемь раз.

К сожалению, все описанные стадии процесса испарения пота в традиционных банях, в том числе и в сауне, протекают лишь в первые минуты пребывания людей в парильне, пока воздушная оболочка не насытится паром и скорость потовыделения не превышает скорость испарения. Тело покрывается пленкой пота, испарение прекращается, организм перегревается. Пот стекает вниз, обезвоживая организм.

Перегревание и обезвоживание организма после прекращения транспирации может привести к очень серьезному заболеванию. Организм, не охлаждаясь, теряет много воды и солей (включая и запасы тканевой воды и всего организма), в результате чего в несколько раз возрастает вязкость крови, ухудшается кровообращение и развивается кислородное голодание, от которого страдают все органы, и в первою очередь сердце и головной мозг. Температура тела может подняться до 41 °С. В итоге — тепловой удар. Ему наиболее подвержены люди, страдающие ожирением, сердечно-сосудистыми заболеваниями, а также злоупотребляющие алкоголем. В тяжелых случаях человек теряет сознание, может произойти остановка дыхания и сердца.

При всей многосложности процесса испарения пота между транспирацией и ее прекращением существует предел, который предстоит найти. Прекращение транспирации обусловливает сам организм, а не наше желание, и наша задача состоит в том, чтобы открыть свойство организма, управляющее этим процессом и определяющее, какой микроклимат окружающей среды оптимальный для организма, а какой оказывает на него неблагоприятное воздействие.

По сравнению с испарением воды растворы испаряются с меньшей скоростью, но так как в составе пота содержится большой процент NaCl и его раствор можно приравнять к электролитам, то наблюдается еще большее снижение скорости испарения пота.

Кожные выделения сала, смазывая кожу, усиливают потоотделение и способствуют стеканию пота, не испаряясь.

Тонкий слой пота удерживает на границе раздела «жидкость — газ» большое количество молекул воздуха, увеличивая толщину диффузионного слоя h и воздушной оболочки, что понижает скорость испарения U.

При испарении концентрация компонентов водного раствора пота в его верхнем слое увеличивается, что уменьшает скорость испарения U. Наиболее соленый «буферный слой» пота еще больше замедляет скорость испарения пота. При перемешивании потного слоя, что в традиционных банях неосуществимо, скорость испарения пота увеличивается.

Испарение пота— гетероазеотропный процесс, с многокомпонентными парами пота, в состав которого входят газообразные частицы ароматических оксикислот и аммиака, который особенно вреден для организма.

Жирные кислоты, имеющиеся в составе пота, замедляют скорость испарения U. Замедление скорости испарения приводит к тому, что скорость потоотделения начинает превышать скорость испарения и оно прекращается.