Теп­ло­об­мен тела че­ло­ве­ка с окру­жа­ю­щей сре­дой может осу­ществ­лять­ся, путём всех трёх видов теп­ло­пе­ре­да­чи (теп­ло­про­вод­но­сти, кон­век­ции и из­лу­че­ния), а также за счёт ис­па­ре­ния воды с по­верх­но­сти тела.

Пе­ре­нос тепла в слу­чае теп­ло­про­вод­но­сти прямо про­пор­ци­о­на­лен раз­но­сти тем­пе­ра­ту­ры тела и тем­пе­ра­ту­ры окру­жа­ю­щей среды. Чем боль­ше раз­ность тем­пе­ра­тур, тем ин­тен­сив­нее про­ис­хо­дит теп­ло­от­да­ча энер­гии живым ор­га­низ­мом в окру­жа­ю­щую среду. Кроме того, боль­шое зна­че­ние имеет ко­эф­фи­ци­ент теп­ло­про­вод­но­сти окру­жа­ю­щей среды. Из­вест­но, что ко­эф­фи­ци­ент теп­ло­про­вод­но­сти для воды (при 20 °C) равен 2,1 кДж/(ч·м·°С), а для су­хо­го воз­ду­ха – при­мер­но 0,08 кДж/(ч·м·°С). По­это­му для че­ло­ве­ка теп­ло­про­вод­ность через воз­дух со­став­ля­ет очень не­зна­чи­тель­ную ве­ли­чи­ну.

Теп­ло­от­да­ча из­лу­че­ни­ем для че­ло­ве­ка в со­сто­я­нии покоя со­став­ля­ет 43–50% всей по­те­ри тепла. Из­лу­че­ние че­ло­ве­че­ско­го тела ха­рак­те­ри­зу­ет­ся дли­ной волны от 5 до 40 мкм с мак­си­маль­ной дли­ной волны в 9 мкм.

Ис­па­ре­ние поз­во­ля­ет охла­ждать тело даже в том слу­чае, когда тем­пе­ра­ту­ра окру­жа­ю­щей среды выше, чем тем­пе­ра­ту­ра тела. При низ­кой тем­пе­ра­ту­ре воз­ду­ха кон­вен­ция и из­лу­че­ние с по­верх­но­сти тела че­ло­ве­ка со­став­ля­ют около 90% общей су­точ­ной теп­ло­от­да­чи, а ис­па­ре­ние при ды­ха­нии – 9–10%. При тем­пе­ра­ту­ре 18–20 °C теп­ло­от­да­ча за счёт кон­вен­ции и из­лу­че­ния умень­ша­ет­ся, а за счёт ис­па­ре­ния уве­ли­чи­ва­ет­ся до 25–27%.

При тем­пе­ра­ту­ре воз­ду­ха 34–35 °C ис­па­ре­ние пота ста­но­вит­ся един­ствен­ным путём, с по­мо­щью ко­то­ро­го ор­га­низм осво­бож­да­ет­ся от из­бы­точ­но­го тепла. На каж­дый литр ис­па­рив­ше­го­ся пота кожа те­ря­ет ко­ли­че­ство теп­ло­ты, рав­ное 2400 кДж, она ста­но­вит­ся хо­лод­нее, охла­жда­ет­ся и про­те­ка­ю­щая через неё кровь.

Если при тем­пе­ра­ту­ре окру­жа­ю­щей среды 37–39 °C по­те­ря воды с потом со­став­ля­ет около 300 г/ч, то при тем­пе­ра­ту­ре 42 °C и более она по­вы­ша­ет­ся до 1–2 кг/ч. Ис­па­ре­ние эф­фек­тив­но толь­ко тогда, когда воз­дух сухой и по­движ­ный. Если воз­дух влаж­ный и не­по­движ­ный, ис­па­ре­ние про­ис­хо­дит очень мед­лен­но. Вот по­че­му осо­бен­но тя­же­ло пе­ре­но­сит­ся жара во влаж­ных суб­тро­пи­ках.

Самый про­стой и наи­бо­лее эф­фек­тив­ный спо­соб охла­жде­ния ор­га­низ­ма путём ис­па­ре­ния (при не­вы­со­кой фи­зи­че­ской ак­тив­но­сти) – уси­ле­ние ды­ха­ния. Ведь лёгкие ра­бо­та­ют ещё и в ка­че­стве хо­ло­диль­ни­ка. Вы­ды­ха­е­мый воз­дух все­гда имеет сто­про­цент­ную влаж­ность, а на ис­па­ре­ние воды с гро­мад­ной по­верх­но­сти лёгких ухо­дит боль­шое ко­ли­че­ство из­бы­точ­но­го тепла. Имен­но так охла­жда­ют свой ор­га­низм мно­гие жи­вот­ные.

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 14 и 15.

Мик­ро­вол­но­вая печь (СВЧ-печь) – бы­то­вой элек­тро­при­бор, пред­на­зна­чен­ный для быст­ро­го при­го­тов­ле­ния или быст­ро­го по­до­гре­ва пищи, раз­мо­ра­жи­ва­ния про­дук­тов. Обыч­но ра­бо­та­ет на ча­сто­те 2450 МГц, хотя в не­ко­то­рых про­из­вод­ствен­ных печах ча­сто­та из­лу­че­ния может ва­рьи­ро­вать­ся.

Самой важ­ной со­став­ля­ю­щей ча­стью мик­ро­вол­нов­ки яв­ля­ет­ся маг­не­трон. Маг­не­трон ге­не­ри­ру­ет вы­со­ко­ча­стот­ные элек­тро­маг­нит­ные волны (мик­ро­вол­ны). Ра­бо­чая ка­ме­ра печи обо­ру­до­ва­на ме­тал­ли­че­ски­ми стен­ка­ми со спе­ци­аль­ным по­кры­ти­ем, от­ра­жа­ю­щим мик­ро­вол­ны, и вра­ща­ю­щим­ся под­до­ном, обес­пе­чи­ва­ю­щим рав­но­мер­ный разо­грев про­дук­та (см. ри­су­нок).

Разо­грев про­дук­тов в мик­ро­вол­но­вой печи про­ис­хо­дит по всему объёму про­дук­та, со­дер­жа­ще­му по­ляр­ные мо­ле­ку­лы (на­при­мер, воды), так как ра­дио­вол­ны про­ни­ка­ют до­ста­точ­но глу­бо­ко почти во все пи­ще­вые про­дук­ты. Элек­тро­маг­нит­ное поле при­во­дит к по­во­ро­ту по­ляр­ных мо­ле­кул, вы­стра­и­ва­нию их в со­от­вет­ствии с на­прав­ле­ни­ем элек­три­че­ско­го поля. А так как поле пе­ре­мен­ное, то мо­ле­ку­лы ме­ня­ют на­прав­ле­ние с ча­сто­той элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния. Сдви­га­ясь, мо­ле­ку­лы «рас­ка­чи­ва­ют­ся», стал­ки­ва­ют­ся, уда­ря­ют­ся друг о друга. При этом растёт энер­гия теп­ло­во­го дви­же­ния мо­ле­кул про­дук­та. Мик­ро­вол­ны могут про­хо­дить сквозь стек­ло, бу­ма­гу пла­стик и фар­фор, но не про­ни­ка­ют через ме­талл.

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 14 и 15.

Мик­ро­вол­но­вая печь (СВЧ-печь) – бы­то­вой элек­тро­при­бор, пред­на­зна­чен­ный для быст­ро­го при­го­тов­ле­ния или быст­ро­го по­до­гре­ва пищи, раз­мо­ра­жи­ва­ния про­дук­тов. Обыч­но ра­бо­та­ет на ча­сто­те 2450 МГц, хотя в не­ко­то­рых про­из­вод­ствен­ных печах ча­сто­та из­лу­че­ния может ва­рьи­ро­вать­ся.

Самой важ­ной со­став­ля­ю­щей ча­стью мик­ро­вол­нов­ки яв­ля­ет­ся маг­не­трон. Маг­не­трон ге­не­ри­ру­ет вы­со­ко­ча­стот­ные элек­тро­маг­нит­ные волны (мик­ро­вол­ны). Ра­бо­чая ка­ме­ра печи обо­ру­до­ва­на ме­тал­ли­че­ски­ми стен­ка­ми со спе­ци­аль­ным по­кры­ти­ем, от­ра­жа­ю­щим мик­ро­вол­ны, и вра­ща­ю­щим­ся под­до­ном, обес­пе­чи­ва­ю­щим рав­но­мер­ный разо­грев про­дук­та (см. ри­су­нок).

Разо­грев про­дук­тов в мик­ро­вол­но­вой печи про­ис­хо­дит по всему объёму про­дук­та, со­дер­жа­ще­му по­ляр­ные мо­ле­ку­лы (на­при­мер, воды), так как ра­дио­вол­ны про­ни­ка­ют до­ста­точ­но глу­бо­ко почти во все пи­ще­вые про­дук­ты. Элек­тро­маг­нит­ное поле при­во­дит к по­во­ро­ту по­ляр­ных мо­ле­кул, вы­стра­и­ва­нию их в со­от­вет­ствии с на­прав­ле­ни­ем элек­три­че­ско­го поля. А так как поле пе­ре­мен­ное, то мо­ле­ку­лы ме­ня­ют на­прав­ле­ние с ча­сто­той элек­тро­маг­нит­но­го из­лу­че­ния. Сдви­га­ясь, мо­ле­ку­лы «рас­ка­чи­ва­ют­ся», стал­ки­ва­ют­ся, уда­ря­ют­ся друг о друга. При этом растёт энер­гия теп­ло­во­го дви­же­ния мо­ле­кул про­дук­та. Мик­ро­вол­ны могут про­хо­дить сквозь стек­ло, бу­ма­гу пла­стик и фар­фор, но не про­ни­ка­ют через ме­талл.

Рент­ге­нов­ские лучи (пер­во­на­чаль­но на­зван­ные Х-лу­ча­ми) были от­кры­ты в 1895 г. не­мец­ким фи­зи­ком Рент­ге­ном. От­крыв Х-лучи, Рент­ген тща­тель­ны­ми опы­та­ми вы­яс­нил усло­вия их об­ра­зо­ва­ния. Он уста­но­вил, что эти лучи воз­ни­ка­ют при тор­мо­же­нии на ве­ще­стве быст­ро ле­тя­щих элек­тро­нов. Ис­хо­дя из этого об­сто­я­тель­ства, Рент­ген скон­стру­и­ро­вал и по­стро­ил спе­ци­аль­ную труб­ку, удоб­ную для по­лу­че­ния рент­ге­нов­ских лучей (см. рис. 1).

Рент­ге­нов­ские труб­ки пред­став­ля­ют собой стек­лян­ные ва­ку­ум­ные бал­ло­ны с рас­по­ло­жен­ны­ми внут­ри элек­тро­да­ми. Раз­ность по­тен­ци­а­лов на элек­тро­дах нужна очень вы­со­кая  — до сотен ки­ло­вольт. На воль­фра­мо­вом ка­то­де, по­до­гре­ва­е­мом током, про­ис­хо­дит тер­мо­элек­трон­ная эмис­сия, то есть с него ис­пус­ка­ют­ся элек­тро­ны, ко­то­рые, уско­ря­ясь элек­три­че­ским полем, «бом­бар­ди­ру­ют» анод. В ре­зуль­та­те вза­и­мо­дей­ствия быст­рых элек­тро­нов с ато­ма­ми анода рож­да­ют­ся фо­то­ны рент­ге­нов­ско­го диа­па­зо­на.

Было уста­нов­ле­но, что чем мень­ше длина волны рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния, тем боль­ше про­ни­ка­ю­щая спо­соб­ность лучей. Рент­ген на­звал лучи с вы­со­кой про­ни­ка­ю­щей спо­соб­но­стью (слабо по­гло­ща­ю­щи­е­ся ве­ще­ством) жёстки­ми.

Раз­ли­ча­ют тор­моз­ное и ха­рак­те­ри­сти­че­ское рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние. Элек­тро­ны могут, встре­ча­ясь с ано­дом, тор­мо­зить­ся, то есть те­рять энер­гию в элек­три­че­ских полях его ато­мов. Эта энер­гия из­лу­ча­ет­ся в виде рент­ге­нов­ских фо­то­нов. Такое из­лу­че­ние на­зы­ва­ет­ся тор­моз­ным. Тор­моз­ное из­лу­че­ние со­дер­жит фо­то­ны раз­ных ча­стот и, со­от­вет­ствен­но, длин волн. По­это­му спектр его яв­ля­ет­ся сплош­ным (не­пре­рыв­ным). Энер­гия из­лу­ча­е­мо­го фо­то­на не может пре­вы­шать ки­не­ти­че­скую энер­гию по­рож­да­ю­ще­го его элек­тро­на. Ки­не­ти­че­ская же энер­гия элек­тро­нов за­ви­сит от при­ло­жен­ной к элек­тро­дам раз­но­сти по­тен­ци­а­лов.

Ме­ха­низм по­лу­че­ния ха­рак­те­ри­сти­че­ско­го из­лу­че­ния сле­ду­ю­щий. Быст­рый элек­трон может про­ник­нуть внутрь атома и вы­бить какой-либо элек­трон с одной из ниж­них ор­би­та­лей, то есть пе­ре­дать ему энер­гию, до­ста­точ­ную для пре­одо­ле­ния по­тен­ци­аль­но­го ба­рье­ра. Об­ра­зо­вав­ша­я­ся в ре­зуль­та­те вы­би­ва­ния ва­кан­сия за­пол­ня­ет­ся элек­тро­ном с од­но­го из вы­ше­ле­жа­щих уров­ней. За­ни­мая более низ­кий уро­вень, элек­трон из­лу­ча­ет из­ли­шек энер­гии в форме кван­та ха­рак­те­ри­сти­че­ско­го рент­ге­нов­ско­го из­лу­че­ния. Наи­бо­лее быст­рые элек­тро­ны могут вы­бить элек­трон с K-обо­лоч­ки, менее быст­рые  — с L-обо­лоч­ки и т. д. (рис. 2а).

Элек­трон­ная струк­ту­ра атома  — это дис­крет­ный набор воз­мож­ных энер­ге­ти­че­ских со­сто­я­ний элек­тро­нов. По­это­му рент­ге­нов­ские фо­то­ны, из­лу­ча­е­мые в про­цес­се за­ме­ще­ния элек­трон­ных ва­кан­сий, также могут иметь толь­ко стро­го опре­делённые зна­че­ния энер­гии, со­от­вет­ству­ю­щие раз­но­сти уров­ней. Вслед­ствие этого ха­рак­те­ри­сти­че­ское рент­ге­нов­ское из­лу­че­ние об­ла­да­ет спек­тром не сплош­но­го, а ли­ней­ча­то­го вида. Такой спектр поз­во­ля­ет ха­рак­те­ри­зо­вать ве­ще­ство анода  — от­сю­да и на­зва­ние этих лучей. На рис. 2б по­ка­зан ха­рак­те­ри­сти­че­ский спектр на фоне тор­моз­но­го спек­тра.

Про­чи­тай­те текст и вы­пол­ни­те за­да­ния 16, 17 и 18.

В Сол­неч­ной си­сте­ме пе­ре­ме­ща­ет­ся огром­ное ко­ли­че­ство асте­ро­и­дов. Ос­нов­ная их масса (более 98%) со­сре­до­то­че­на в глав­ном поясе асте­ро­и­дов (про­хо­дит между ор­би­та­ми Марса и Юпи­те­ра), в на­хо­дя­щем­ся за Неп­ту­ном поясе Кой­пе­ра, а также в об­ла­ке Оорта. Пе­ри­о­ди­че­ски не­ко­то­рые объ­ек­ты из этих об­ла­стей в ре­зуль­та­те столк­но­ве­ний с со­се­дя­ми и/или под воз­дей­стви­ем гра­ви­та­ции более круп­ных объ­ек­тов по­ки­да­ют при­выч­ные ор­би­ты и могут на­прав­лять­ся, на­при­мер, к Земле.

В 1993 году мир узнал, что к Юпи­те­ру летит ко­ме­та Шу­мей­ке­ра−Леви и не­из­беж­но столк­но­ве­ние. И в июле сле­ду­ю­ще­го года ко­ме­та в виде 21 фраг­мен­та вре­за­лась в Юпи­тер, причём самый боль­шой кусок вы­звал взрыв энер­ги­ей 6 мил­ли­о­нов ме­га­тонн в тро­ти­ло­вом эк­ви­ва­лен­те (6·10⁶ Мт ТНТ). Это в 600 раз боль­ше, чем весь ядер­ный по­тен­ци­ал всех стран, об­ла­да­ю­щих ядер­ным ору­жи­ем. Ещё через 20 лет над Че­ля­бин­ском взо­рвал­ся срав­ни­тель­но не­боль­шой асте­ро­ид (17 м в по­пе­реч­ни­ке), удар­ная волна от ко­то­ро­го два­жды обо­гну­ла Землю. Взрыв по­вре­дил около 7000 зда­ний, ма­те­ри­аль­ный ущерб со­ста­вил почти мил­ли­ард руб­лей. Куда упадёт сле­ду­ю­щий асте­ро­ид?

В на­сто­я­щее время из­вест­но около 14 тысяч так на­зы­ва­е­мых око­ло­зем­ных объ­ек­тов, из них 879  — асте­ро­и­ды круп­нее 1 км в по­пе­реч­ни­ке. Эти объ­ек­ты труд­но об­на­ру­жить, они не­боль­шие по кос­ми­че­ским мас­шта­бам и тёмные. Аст­ро­но­мы счи­та­ют, что нам из­вест­но

около 55% не­бес­ных кам­ней круп­нее 300 м, около 15%  — круп­нее 100 м и менее 1%  — 30- мет­ро­вых. А всего, по оцен­кам учёных, вб­ли­зи Земли ле­та­ет по­ряд­ка 50 мил­ли­о­нов асте­ро­и­дов круп­нее 10 м.

Же­ла­тель­но об­на­ру­жи­вать их за­ра­нее. В Чи­лий­ских Андах стро­ит­ся те­ле­скоп, спе­ци­аль­но рас­счи­тан­ный на это. Он дол­жен быть готов в 2021 году, и тогда смо­жет каж­дую ночь де­лать более 800 па­но­рам­ных сним­ков неба на ка­ме­ру с очень вы­со­кой чётко­стью. Элек­тро­ни­ка будет ана­ли­зи­ро­вать сним­ки, разыс­ки­вая мел­кие, быст­ро ле­тя­щие, слабо све­тя­щи­е­ся объ­ек­ты. Рас­счи­ты­ва­ют, что в пер­вый год на­блю­де­ний си­сте­ма найдёт боль­ше близ­ких к Земле асте­ро­и­дов, чем все аст­ро­но­мы вме­сте до 2015 года. Зная па­ра­мет­ры орбит этих объ­ек­тов, можно опре­де­лить, на­сколь­ко ве­ро­ят­но их столк­но­ве­ние с нашей пла­не­той.

Аме­ри­кан­ским аст­ро­но­мом Р. Бин­зе­лом была раз­ра­бо­та­на ка­че­ствен­ная шкала оцен­ки опас­но­сти столк­но­ве­ния с Землёй асте­ро­и­дов и комет. Шкала была пред­став­ле­на на сим­по­зи­у­ме в Ту­ри­не и по­лу­чи­ла на­зва­ние в честь этого ита­льян­ско­го го­ро­да. В 1999 г. шкала была утвер­жде­на Меж­ду­на­род­ным Аст­ро­но­ми­че­ским Со­ю­зом. Ту­рин­ская шкала со­сто­ит из 10 пунк­тов, в со­от­вет­ствии с ко­то­ры­ми асте­ро­и­ды и дру­гие не­бес­ные тела клас­си­фи­ци­ру­ют­ся по сте­пе­ни опас­но­сти для Земли (см. ри­су­нок).

После того как будут об­на­ру­же­ны опас­ные для Земли асте­ро­и­ды, что с ними де­лать? Земля про­ле­та­ет по ор­би­те рас­сто­я­ние, рав­ное сво­е­му диа­мет­ру, каж­дые 7,5 ми­ну­ты. Это зна­чит, что, за­мед­лив или уско­рив дви­же­ние асте­ро­и­да, на­це­лен­но­го на Землю, на не­сколь­ко минут, мы за­ста­вим его про­ле­теть мимо цели. На­сколь­ко боль­шую силу придётся при­ло­жить для этого, за­ви­сит от того, когда мы начнём её при­ла­гать. Если на­чать за 20 лет до столк­но­ве­ния, то за­мед­лять или уско­рять полёт асте­ро­и­да надо будет всего на 2 мм в се­кун­ду. Можно под­стре­лить асте­ро­ид ра­ке­той и сбить с пути, можно уста­но­вить на нём ион­ный ре­ак­тив­ный дви­га­тель и т. п.