Kuidas saunas ellu jääda
L.J.F. (Jo) Hermans, Leideni Ülikool, Holland.
Inimesed pole loodud elama 90∘C temperatuuriga keskkonnas,aga just see ongi keskmise soome sauna temperatuur. Kuidas me siis vastu peame nii ränkades oludes?
Esiteks me istume rätikule või katsume ainult puitu. Metalli katsumine sellel temperatuuril ei ole sugugi lõbus. Ukseklaasi temperatuur on ainult 60∘C, mis on umbes sise- ja välistemperatuuri vahel ja klaasi soojusjuhtivus jääb metallile tublisti alla, aga ka see tundub väga kuum.
Teiseks, õhk on kuiv, see parandab higistamise kaudu toimivat jahtumist. Juhtumisi saame sauna kuiva õhu täitsa tasuta. Veeauru rõhu kõvera tõus on järsk. Kui näiteks väljas on õhutemperatuur kraadi ja suhteline õhuniiskus 100%, siis sama õhu kuumutamisel 90∘C langeb niiskus protsendini. Kui väljas külmetab, langeb sees õhuniiskus isegi kuni , eeldades, et vett ei lisata.
Kui kiiresti meie keha saunas soojeneks, kui higistamist poleks? Teeme kiire arvutuse. Kõigepealt soojusjuhtivus. Võib võtta, et tegelikult toimiva õhukihi paksus meie keha ümber on 3mm, keha pindala on 1,7m2 ja temperatuuride vahe 50K. Sellest tuleb umbes 700W. Samuti annab kiirgus umbes 800W. Niisiis, juhtivus ja kiirgus on enam-vähem sama olulised, nagu see on ka tavatingimustes. Vahe on selles, et saunas on soojusvahetus teistpidi ja kordades suurem, kuna temperatuuride vahe on suurem ja meil ei ole... noh, riideid pole ju seljas. Soojendamise koguvõimsus on seega 1,5kW, nagu päris korralik elektriradikas. Pikka kasvu saunalised kannatavad rohkem vertikaalse temperatuurigradiendi tõttu.
Kui kiiresti hakkab meie kehatemperatuur saunas tõusma? Mõistliku lähendusena on meie keha soojusmahtuvus 200kJ/K. Leiame, et soojenemise kiirus on 0,5K minutis, kuni higistamine on ebaoluline. Kindel tee katastroofi suunas. Niisiis, mõne minutuga peab higistamine algama. Algabki, õnneks isegi enne, kui me märkame, et nahk on märg. Pidevalt 1,5kW võimusega soojenedes vastupidamiseks peaks vastavalt higistama 2,2 liitrit tunnis. Meie keha ei ole võimeline nii palju aurustama ilma sundkonvektsioonita. Füüsikutena tahaksime muidugi teha väikese katse. Miks mitte valada veidi vett kerisele ja uurida mis juhtub? Tundub, et nii on veelgi kuumem, aga miks, selles on küsimus? Ekspert võiks öelda, et sellese panustavad vähemalt neli nähtust. Esiteks, keriselt tõusev aur on mõnevõrra kuumem kui leiliruumi õhk. Teiseks, leiliviskamine tekitab sundkonvektsiooni, mis kuumutab meie keha veelgi, eriti kui nahk on veel kuiv. Kolmandaks, õhuniiskus tõuseb, mis teeb higi eritamise raskemaks. Neljandaks, veeauru soojusjuhtivus on veidi suurem kui kuival õhul, kuna vee molekulid on kergemad (ja seepärast kiiremad) kui N2 ja . Milline neist mõjudest on määrav, võib igaüks ise välja nuputada, kui järgmine kord saunas istume. Lõppude lõpuks on seal alati aega, et teha mõned arvutused ja eksperimendid.
Ärge siiski unustage kella silmas pidada...