Atomy,
jony i ziąb
Fizycy w swej pogoni poznawania świata doszli już do rozdrobnienia atomu na kilkadziesiąt drobniejszych fragmentów. Protony, neutrony, elektrony to już historia. “Wynależli” tzn. odkryli kwarki, gluony, muony, czastki fi, chi, pi, ksi … i ich odpowiedniki w antymaterii, z których rzekomo składa się jądro atomu każdego pierwiastka. Dla określania ich nazw brakło liter w greckim alfabecie - w opisie domniemywanych właściwości poszczególnych cząstek i ich układów zaczynają już operować… kolorami.
Nie mam zamiaru zanudzić czytelnika jakąś super-teorią atomistyczną, gdyż po pierwsze, główną siłą napędową tego pędu w nieznane jest niestety wielka polityka, której celem jest dominacja jednej rasy nad resztą świata a po drugie związana z tym bariera ścisłej tajności. Tylko niekiedy słyszy się np. o bombie neutronowej i protonowej, które selektywnie zabijają wszystko co się rusza nie tykając materi nieożywionej. Bomby te już dawno wyparły produkcję ordynarnych bomb atomowych czy wodorowych, które też możemy uważać za “osiągnięcia” historyczne.
Chciałbym przybliżyć czytelnikowi pewne zjawiska, które zostały niejako na uboczu tego wyścigu atomistycznego, a z którymi mamy kontakt i kłopoty na codzień nie zdając sobie nawet z tego sprawy. Wydaje się nam, że jesteśmy dobrze ubrani a jest nam zimno...
Zanim wyjawię co wspólnego z atomistyką ma “ziąb”, musimy go zdefiniować, opisać, jakoś przybliżyć. A nie jest to wbrew pozorom wcale takie proste. Pamiętam jak mój ojciec, który w latach powojennych zbudował młyn wodny (potem mu go chcieli upaństwowić, więc go jakoś skutecznie unieruchomił i przerobił na dynamo), mawiał zimą “ale ziąb!” Stawał przy kuchni z okapem i smarował zgrabiałe ręce, tak jak buty - łojem! Zapytałem go w końcu “Tata przecież nie ma mrozu, a ty stale ten ziąb i ziąb? Co to jest ten ziąb?. Mnie w szkole uczyli, że jest zimno lub ciepło…” Na to ojczulo odparł: “Nie wiesz co to jest ziąb? Idż, stań se tam przy kole i wydrzyj przymarzniętą zastawkę! Jak potem będziesz tydzień chory a ręce ci popuchną to się dowiesz co to jest ziąb!
Więcej ojca już o ziąb nie pytałem ale przyrzekłem sobie, że jak będę “duży” to sam to sobie jakoś wyjaśnię…
Tematem tym zainteresowałem się ponownie dopiero tu, w
Ameryce, gdzie w prognozach pogody oprócz reklamy bubli i tempetratury
powietrza podają również “dew point” i “wind chill”. Dew point to
znany nam “punkt rosy” czyli temperatura, w której powstaje para nasycona i
woda się skrapla. Im ta temperatura wyższa tym więcej wody znajduje sie w
powietrzu. Jest to użyteczna informacja gdyż wiadomo, że im powietrze
wilgotniejsze tym więcej zimna ma w sobie i tym lepiej to zimno przewodzi i
oddaje. Natomiast ten “wind chill” to na pozór nic innego jak nasz polski
“ziąb”. Ale nie zupełnie. Dosłownie tłumacząc jest to wietrzne (od
wiatru) zimno. Aby lepiej sobie to uświadomić, wyjaśnię jak ten wind chill
się określa. Otóż przyrząd jest stosunkowo prosty. Przez kawałek cienkiego
platynowego drucika płynie słaby prąd elektryczny, który ten drucik nagrzewa
do pewnej temperatury, wyższej od temperatury otoczenia. Wiatr, ruch
powietrza, ten drucik ochładza. Aby utrzymać stałą temperaturę tego drucika
przy dużym wietrze - trzeba więcej prądu do jego nagrzania. Miliamperomierz
wycechowany jest w gotowych do użytku stopniach temperatury "wietrznego
zimna". Zależność
jest “odwrotnie proporcjonalna”. Jak nie ma wiatru - małe chłodzenie
drucika, minimalny prąd to wc ma dużą wartość zbliżoną do normalnej
temperatury powietrza. Gdy wiatr powieje mocniej – drucik szybciej się chłodzi,
trzeba więcej miliamperów do utrzymania jego stałej temperatury - to daje
mniejszą, niekiedy ujemną wartość wc. Jest
to ważna informacja dla ludzi pracujących lub
przebywajacych zimą na polu czy na dworze. Ale to też nie tłumaczy
wszyskiego. Wszystko
bowiem byłoby "ok" gdyby nie fakt, iż czasem nie ma wiatru lub jest bardzo słaby
a ten ziąb i tak jest “przejmujący”. Poniżej próbuję to wyjaśnić.
Zaznaczam, iż jest
to moja teoria o charakterze hipotezy. Na ile jest ona zgodna z rzeczywistością
- trudno powiedzieć. Ocenę
pozostawiam Czytelnikowi.
Moim zdaniem wszystkiemu winne są jony i elektrony. Co to jest jon – śpiesznie wyjaśniam, że jest to atom lub częściej cząstka, w naszym przypadku powietrza, zatem cząstka azotu, tlenu a w szczególności pary wodnej, cząsteczka, która ma o jeden lub dwa elektrony za dużo lub za mało. I tak, jeśli cząstka wody ma nadmiar elektronów wirujących wokół jej jąder to wówczas jest to jon ujemny. Jak którejś brakuje elektronów to wtedy jest to jon dodatni. Jest to ujęcie bardzo uproszczone. Mechanizm jonizacji do tej pory nie jest w pełni rozpoznany. Co powoduje jonizację pary wodnej zawartej w powietrzu? Sądzę, że przede wszystkim temperatura a ściślej przejście pary wodnej z jednej fazy w drugą. I tak zakładając, że śnieg jest elektrycznie obojętny, to woda powstająca z niego uzyskuje ładunek dodatni a para wodna z tej wody jeszcze większy ładunek dodatni. W procesie odwrotnym jeśli przyjąć, że para wodna ma ładunek obojętny, to woda powstała w procesie kondensacji uzyskuje ładunek ujemny a lód czy śnieg z niej powstały jeszcze większy ładunek ujemny. Cząsteczka lodu, śnieżynka ma duży elektryczny ładunek ujemny. Hipotezę tę potwierdza powstawanie dużych ładunków i różnic potencjałów elektrycznych w czasie burzy, kiedy występują wszystkie trzy przejścia fazowe wody w krótkim czasie. Lecz to wszystko odbywa się w ciągłym ruchu w atmosferze, gdzie zarówno ciśnienie jak i temperatura gwałtownie zmieniają się z wysokością. I niestety nie zawsze to się zgadza. Jak na złość, niekiedy krople deszczu powstające z kondensaji pary wodnej mają nadmiar ładunków dodatnich... Czyżby po drodze gubiły elektrony? Przeglądnąłem kilkadziesiąt opracowań naukowych na temat procesu powstawania burz, wyładowań elektrycznych, turbulencji i innych zjawisk zachodzących w atmosferze i jak dotychczas żadna teoria nie tłumaczy mechanizmu jonizacji i separacji ładunków elektrycznych i co za tym idzie - powstawania poteżnych różnic potencjałów elektrycznych w atmosferze. Pomiary wykazują jednoznacznie, iż powietrze nad śniegiem i w ogólności w kontakcie z powierzchniami zimnymi, czyli powietrze zimne jest zjonizowane ujemnie. Znajduje sie w nim bardzo dużo wolnych elektronów. A elektrony te poruszają sie ruchami Browna z prędkościami rzędu km/sec!
Teraz musimy sobie przypomnieć prawo odpychania się ładunków jednoimiennych i przyciągania się ładunków różnoimiennych, które mówi, że siła wzajemnego oddziaływania jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Prawo to jest w przyrodzie tak powszechne, że jego echa, dalekie pochodne, są niejako codziennością. Kobiety, panie, w większości mają ładunek dodatni, panowie zaś, jak te wolne elektrony mają czasem duży potencjał ujemny. I co? Ano działa niewidzialna siła przyciągająca jedną płeć do drugiej, która jest tym większa im mniejsza odległość je dzieli. Gdy mąż w Polsce, żona tu lub odwrotnie, to owszem, przyciąganie działa ale słabe. Dużo silniejsze jest do osób znajdujących się w zasięgu wzroku. A jak któraś para złączy się ze sobą to czasem już rozerwać jej nie sposób. Tak powstaje para nasycona, ale to już inna historia.
Teraz pytanie. Czy Państwo wiedzą co to jest skala tryboelektryczna? Zapewne nie, więc wyjaśniam, że nie ma ona nic wspólnego z wynalazcą trybów - uczonym Trybowem, który potem wynalazł jeszcze jodłowanie gdy mu któryś z organów w te tryby wciągnęło...
Jest to uszeregowana według malejącego potencjału elektrycznego lista ciał i substancji. Na szczycie tej długiej listy prawie wszyscy badacze ustawiają skórę człowieka i zwierząt nieowłosionych, które mają duży potencjał dodatni. Potem są: sierści szczura, kota, psa, ogólnie owłosienie ludzkie i innych drapieżników. Następnie są materiały: wełna, kożuch, futro, nylon, papier i bawełna (wata), która ma potencjał równy zero. Po nich następują materiały utrzymujące ładunki elektryczne ujemne. Są to: drewno, bursztyn, wosk, metale, sztuczny jedwab, tworzywa poliestrowe, orlon, poliuretan, polietylen, winyl, silikon i na końcu tego szeregu jest teflon. Ten ostatni jest tak elektrycznie ujemny, że z tego powodu nic się go nie ima. W szeregu tym nie ma powietrza. Czytałem na ten temat dużo i fakt, że różni autorzy podają niekiedy sprzeczne dane odnośnie powietrza, interpretuję , iż powietrze jak kobieta – zmienne jest. Wg mojej hipotezy, gdy jest ciepłe i suche, można go z powodzeniem umieścić na górze listy, nawet przed człowiekiem. Natomiast gdy jest wilgotne i zimne – na samym dole. Np powietrze do wysokości 2 m nad śniegiem jest zjonizowane ujemnie.
Powietrze przesycone jonami ujemnymi z nadmiarem szybkich, wolnych elektronów, niezależnie od tego czy jest wiatr czy go nie ma - to jest ten ziąb!
Po przyjęciu tej dawki wiedzy pora na wnioski. Otóż twierdzę, że dobrze się ubrać to ubierać się w materiały, które mają elektryczny potencjał dodatni. Materiały te łatwo rozpoznać gdyż one nie “lepią” się do ciała, które też ma potencjał dodatni. I teraz rzecz najistotniejsza, dlaczego właśnie one "grzeją"? Mechanizm działania jest następujący. Na dodatnio naładowanych cząsteczkach materiału natychmiast osiada gruba chmura elektronów, materiał nasyca sie wręcz nimi gdyż siła przyciagania ładunków ujemnych przez dodatnie jest ogromna. Ta chmura elektronów odpycha dalszych intruzów - nośników zimna i chroni ciało przed dalszą inwazją lodowatych jonów ujemnych. Nasze ciało ma ładunek dodatni ale nie jest dobrym izolatorem w sensie elektrycznym i cieplnym. Ono również przyciąga jony ujemne lecz przez nieosłonięte ciało są one natychmiast pochłaniane. Początkowo odczuwamy to jako przenikliwe zimno, gdyż proces pochłaniania nie ustaje, nie tworzy sie żadna bariera ochronna, co raz to nowe zastępy miliardów zimnych elektronów atakują nasze ciało skutecznie je ochładzając. W procesie tym kluczową rolę odgrywają nasze...buty. Jeśli są ciepłe i są równocześnie dobrym izolatorem elektrycznym to pół biedy. Nasze ciało w pewnym stopniu nasyci się w końcu tymi ujemnymi jonami i całe zacznie odpychać nowych nośników ziąbu. Jeśli obuwie mamy przemoczone wówczas proces oziębiania nie ustaje. Ujemne ładunki spływają sobie spokojnie do ziemi, tworzy się elektryczny obwód zamknięty... W krańcowych wypadkach może dojść do lokalnego zamrożenia i znieczulenia zakończeń nerwowych - receptorów zimna palców rąk, nóg i nosa. Wtedy, o dziwo - już nie odczuwamy zimna - następuje faza odmrożenia... Dlatego dobre buty są tak ważne jednak pod warunkiem, że nie będziemy za często dotykać niczego, co ma kontakt z ziemią.
Co zrobić z
twarzą zapyta ktoś. Przecież nie możemy chodzić w kominiarkach. Spieszę z podpowiedzią. Na twarz i ręce panie i panowie
pracujący na mrozie, należy położyć nieco jakiegoś tłuszczu. Oczywiście,
że nie będzie to łój, który aplikował sobie mój ojciec, ale jakiś tłusty krem. Nawet cienka warstewka tłuszczu skutecznie ochroni twarz
i ręce nie
tylko przed chłodem ale również przed pękaniem warg i skóry, czego
niejednokrotnie sam doświadczyłem. Jak to działa? Wyobrażam sobie to tak, że
ta warstewka tłuszczu, po pierwsze zmniejsza parowanie wody z twarzy, więc skóra
nie oddaje ciepła parowania, które dla wody jest bardzo duże (540 kalorii na
gram) a po drugie jest swoistym izolatorem elektrycznym. Ten ziąb czyli ujemne
jony osiadają na nim tworząc obłok czy warstwę zjonizowaną ujemnie, ta zaś,
jak już wiemy, potrafi z dużą siłą odepchnąć następnych zimnych intruzów
chcących zaatakować naszą twarz.
Zatem najlepsze na ziąb są dobre buty, kożuch, futro lub przynajmniej wełniany szalik. Poszczególne kłaczki czy włoski o potencjale dodatnim natychmiast przyciągają jony ujemne, które niejako obsiadają je dookoła tworząc wokół barierę elektryczną odpychającą nowych nośników zimna… Kto nie wierzy, że tak jest niech sobie przypomni jak wyglądają ludzie przebywający dłuższy czas na mrozie. Mają oszronione brwi, wąsy, czapki i wystające spod nich włosy. Ten szron to właśnie te ujemne jony, które osiadły na kłaczkach i... grzeją. Zauważmy również, że kot, pies, czy inne zwierzę futerkowe bardzo niechętnie daje się głaskać gdy jest zimno. Głaskaniem zbieramy im niejako te warstwę ujemnych jonów aż iskrzy; puszyste futerko przygładza się, przylepia do ciała i niepotrzebnie je oziębia. Natomiast gdy jest ciepło – bardzo to lubią. Trochę na ten temat napiszę w następnym artykule zatytułowanym “Po co kot ma wąsy”.
Na zakończenie przypomnę jakże trafne polskie
przysłowie: Co kożuch to nie wata a co kapuśniak – nie herbata…
Tadeusz Wajda