физика в бане

Научно-практическая конференция школьников

«Наука – дело молодых»

Советский район города Казани

Секция: Физика и астрономия

Исследовательская работа:  Физика в бане.

                                                   г. Казань 2009 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ.
2. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ - БАНЯ

• ПОЧЕМУ МЫ ХОДИМ В БАНЮ
• О ПОЛЬЗЕ БАНИ  ИЗ ИСТОРИИ.
• ЛЕГЕНДА О САПОГЕ В БАНЕ
• БАНЯ БАНЕ РОЗНЬ…

3. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ – ФИЗИКА В БАНЕ

• ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В БАНЕ И ИХ ЗНАЧЕНИЯ
• ФИЗИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ В БАНЕ
• НЕБОЛЬШОЙ ЭКСКУРС В ОБЛАСТЬ ПАРА
• ТРАДИЦИИ КАК СДЕЛАТЬ ХОРОШИЙ ПАР.

4. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

• ПРАКТИКА СТРОИТЕЛЬСТВО БАНЬ.
• АКСЕСУАРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БАНИ.
• РАСЧЕТ ЗНАЧЕНИЙ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН В БАНЕ

5. БАНЯ – СРЕДСТВО ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ЗДОРОВЬЯ
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
7. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
8. ПРИЛОЖЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ

" И какой же русский  не любит бани".    Н.В. Гоголь

1. Актуальность вопроса

Баня! Сколько теплых в прямом и переносном смысле воспоминаний вызывает это слово! В баню ходят не только для того, чтобы помыться. Это и отдых, и развлечение, и повод для общения. Но это повод и для физических размышлений....

Изучая тему «Тепловые явления» мы заинтересовались его связью  с баней, парилкой, и, наконец, с нашим здоровьем, т.е. о процедурах, связанных с воздействием тёплого воздуха.

Сколько воды должен каждую минуту испарять человек средней комплекции, чтобы не перегреться, находясь, длительное время в парилке сухой бани при температуре воздуха  1200С?

 Как сделать, чтобы в бане как можно дольше сохранялось тепло и при этом тратилось как можно меньше топлива?

2. Цели исследования

• Рассмотреть виды теплопередачи в бане
• Расчет значений физических величин

3. Задачи исследования

• Изучить историю возникновения бани.
• Рассмотреть типы бани в зависимости от физических параметров.
• Рассмотреть виды теплопередачи в бане.
• Исследовать физические параметры в бани.
• Поиск, обработка и анализ информации о характеристиках бань:
• изучение устройства и принципа действия бани;
• изучение различных типов бань
• Расчет мощности  и КПД печи
• Определить какое лечебное воздействие баня оказывает на организм человека.

 4. Гипотеза: 

Если правильно использовать все  механизмы теплопередачи, происходящие при теплообмене человека с горячим паром в бане, можно надолго сохранить свое тело в хорошей физической форме и быть здоровым человеком.

5. Методы исследования:

• Анализ научной литературы,

• поиск, сравнение, синтез, практическое исследование физических параметров бани,

• наблюдение, решение практических задач.

6. Объект исследования – тепловые явления.

7. Предмет исследования – механизм излучение и теплопроводность, испарение-конденсация,  физические величины, характеризующие процессы  в бане.

8.

Новизна работы: 

В работе проведена систематизация видов теплопередач в бане, различных видов бани, проведено исследование физических параметров бани.

ЛЕГЕНДА О САПОГЕ В БАНЕ

“Отчего зимою день короткий и ночь длинная, а летом — наоборот? День зимою оттого короткий, что, подобно всем прочим предметам, видимым и невидимым, от холода сжимается, а ночь от возжжения светильников и фонарей расширяется, ибо согревается”.

Курьезное рассуждение “войска Донского отставного урядника” из рассказа Чехова вызывает у вас улыбку своей явной несообразностью. Однако люди, которые смеются над подобными “учеными” рассуждениями, нередко сами создают теории, пожалуй, столь же несообразные. Кому не приходилось слышать или даже читать о сапоге в бане, не влезающем на разгоряченную ногу будто бы потому, что “нога при нагревании увеличилась в объеме”?

Этот знаменитый пример сделался чуть не классическим, а между тем ему дают совершенно превратное объяснение. Прежде всего, температура человеческого тела в бане почти не повышается; повышение температуры тела в бане не превосходит 1°, много 2° (на полке). Человеческий организм успешно борется с тепловыми влияниями окружающей среды и поддерживает собственную температуру на определенной точке. Но при нагревании на 1 — 2° увеличение объема нашего тела так ничтожно, что его нельзя заметить при надевании сапог. Коэффициент расширения твердых и мягких частей человеческого тела не превосходит нескольких десятитысячных. Следовательно, ширина ступни и толщина голени могли бы увеличиться всего на какую-нибудь сотую долю сантиметра. Неужели же сапоги шьются с точностью до 0,01 см — толщины волоса?

Но факт, конечно, несомненен: сапоги трудно надевать после бани. Причина, однако, не в тепловом расширении, а в приливе крови, в разбухании наружного покрова, во влажной поверхности кожи и подобных явлениях, не имеющих  общего с тепловым расширением.

О ПОЛЬЗЕ БАНИ  ИЗ ИСТОРИИ.

В народе издавна живёт поговорка - " Баня парит — здоровье дарит!" Это не случайно ведь история бань уходит своими корнями в глубокое прошлое  — это история человечества!

С древнейших времен омовение, различные водные процедуры, бани спасали людей от губительных болезней, укрепляли здоровье, радовали, воскрешали душевные силы.

Египет.

Известно, что египетские жрецы в течение суток парились четыре раза: два раза днём и два раза ночью. Везде имелись прекрасно устроенные бани, где любовь к бане и  массажу, умеренность в еде  позволяли египтянам поддерживать стройность фигуры и помогали успешно бороться с преждевременной старостью. Египетские врачи того времени считались лучшими в мире, а их искусство в лечении разных болезней не обходилось без бани. Древние египтяне при встрече спрашивали друг друга: “Как вы потеете?” Они знали, что если человек хорошо потеет, это признак доброго здоровья.

Великие греки в бане

Известно, что бани существовали еще до расцвета Эллады. На острове Крит, недалеко от города Гераклион, при раскопках был найден древний город. За тысячу лет до расцвета Древней Эллады здесь была богатейшая культура. Среди прочих строений были обнаружены ванны, бассейны и бани.

Когда вспоминают о целебных свойствах воды, прежде всего, вспоминают гениального древнегреческого медика Гиппократа -   «отцом медицины». В своих трактатах Гиппократ утверждал, что «как суконщик чистит и выбивает от пыли сукна, так свежий воздух, купание, массаж, ванны и бани очищают организм». Дабы сохранить здоровье важно хранить и тепло организма, для чего рекомендуется умеренное пребывание на солнце и баня.

Знакомый каждому школьнику своей теоремой Пифагор (580–500 до н.э.) ратовал за приобщение к банным процедурам и говорил, что приучайся жить просто, без роскоши, не пренебрегай здоровьем своего тела. Чистота мыслей должна сочетаться с чистотой тела.

Великий мыслитель Сократ (469-399 до н.э.) усердно занимался гимнастикой и любил попотеть в бане. «Баня, — говорил своим ученикам Сократ, — очищает не только тело, но и все мое существо».

Платон (427–347 до н.э.) утверждал, что чистота тела наряду с величиной, совершенством, порядком, гармонией, мерой и симметрией относится к числу важнейших эстетических категорий. Он писал: «Сооружение бань — обязанность государства». В Греции издавали законы, обязывающие граждан ходить в баню, поэтому строили  общественные бани и назначали «смотрители купаний».

Величайший ученый Аристотель (384–322 до н. э.) — философ, математик и физик преподавал в афинской гимназии, находились залы для занятий спортом и потельные бани. Аристотель говорил «красота тела – лучшее рекомендательное письмо» и считал, что у тех, кто любит упражняться, следует гигиене, успешнее идет и в науке.

Архимед (287–212 до н.э.), основоположник механики и гидравлики, и  изобретатель лежачей ванной, посетила мысль о выталкивающей силе, которая действует на погруженное в жидкость тело. Под его руководством был построен многоярусный корабль, где были оборудован  душ и баня.

Русская баня и её место в мировой банной культуре

Русская баня, наряду с самоваром, матрешкой, блинами с икрой, бескрайней Сибирью и медведем, превратилась в настоящий символ страны, некогда занимавшей одну шестую часть суши. Баня появилась на Руси задолго до Крещения славян и сразу же стала не только местом для мытья, но и своего рода клубом общения. В бане лечились от недугов, принимали роды, гадали. С ней связано множество обрядов и народных традиций.

Парная баня на Руси была известна у славян уже в V—VI вв. Баней пользовались все: и князья, и знатные люди, и простой народ. Помимо своего чисто функционального назначения, баня играла большую роль в различных обрядах (венчания, свадьбы), причем посещение бани сопровождалось особым церемониалом1.

"Дивное видел я в Славянской земле на пути своём. Видел бани деревянные, и разожгут их докрасна, и разденутся, и будут наги, и обольются квасом, и возьмут прутья молодые, и бьют себя сами, и того добьются, что вылезут еле живы, и обольются водой студёной, и так оживут". Так описывается баня в русских летописях ХI века.

В мемуарах средневековых путешественников из Западной Европы непременно говорится о пристрастии русских к крепкому пару. Причем далеко не, всегда эта национальная привычка вызывает у авторов восторг. "Тело расслабляется, и мозговые органы тупеют. Кожа теряет эластичность, блекнет и скоро покрывается морщинами", - так описал свои впечатления от посещения русской бани один европейский врач.

И по сей день любители бани с азартом "мучают" сами себя. Зачем? Говорят, что польза банных процедур связана с кратковременным воздействием на кожу высоких температур - горячего воздуха. Однако во влажном воздухе высокую температуру трудно выдерживать даже недолго. Так что в хорошей бане должно быть не только жарко, но и сухо. Не так-то просто построить хорошую баню, да и "приготовить" пар, то есть, создать оптимальный микроклимат, тоже надо уметь. Наши предки умели это делать ещё в ХI веке, а вот объяснить, почему в бане нужно поступать так, а не иначе, они бы, пожалуй, не смогли.

Мы знает достаточно, чтобы ответить на вопросы, которые задаёт любителям физики обычная парная.

ПОЧЕМУ МЫ ХОДИМ В БАНЮ?

Потому, что это старый обычай и к этому привыкли с детства. Баня дает чистоту, здоровье, душевное спокойствие, эмоциональные впечатления и много других удовольствий.

… чистоту. В былые времена баня предлагала возможность тщательно мыться по крайней мере раз в неделю. Хорошее оснащение современных квартир заменяет баню в этой ее основной функции, но баню продолжают считать необходимой частью ванных помещений квартир. В бане парилка и  последующая водная процедура — ополаскивание — очищают кожу лучше, чем люди обычно могут себе представить.

… здоровье. Старая финская поговорка «если баня, водка и смола не помогут, то болезнь смертельна» отнюдь не означает одновременное применение этих трех действенных «лекарств». Здоровья искали в бане, когда чувствовали потребность восстановить уставшие от тяжелой работы суставы и ноющие мышцы.

… душевное спокойствие. Парясь, в сумрачной тишине теплой бани, мы чувствовали, как угнетенность и подавленность постепенно улетучиваются. После бани, восстановив равновесие и творческие силы, мы готовы хоть сразу снова приняться за работу.

…эмоциональные впечатления. На привыкших к спешке и эффективному времяпровождению людей остановка времени в бане производит сильное впечатление. Баня предлагает спокойные эмоциональные впечатления на всех уровнях бытия.

Баня расслабляет, успокаивает, восстанавливает душевное спокойствие. На переговорах совместная парилка не раз разряжала напряженную атмосферу, и после бани совещающиеся принимали хорошие и единодушные решения.

БАНЯ БАНЕ РОЗНЬ...

 Банные традиции отличаются не только географией происхождения, но и физикой процесса "парения". Кроме того, за каждым видом бань закрепилось несметное количество традиций и национальными обычаями, климатическими и другими особенностями стран, нацеленных, в общем, на одно: доставить человеку в парной несказанное удовольствие, принести телу бренному оздоровление, а душе измаявшейся успокоение.

ТРИ ГРАНИ  ОДНОЙ   БАНИ

Состояние атмосферы в банях характеризуются температурой (от +400С до +1500С), относительной влажностью воздуха в бане и парной (от 0 до 100%). В этих пределах и находится весь широчайший спектр различных бань мира. Но закономерность одна: чем выше влажность, тем меньшую температуру можно выдержать, и наоборот: чем выше температура, тем меньшую влажность можно выдержать, т.е. обратная  зависимость температуры и влажности.

Люди по-разному переносят жар бани, одним нравятся — теплее и суше, другим — холоднее и влажнее, что зависит от конституциональных особенностей человеческого организма. Эти особенности, в масштабах нации, и формируют банную культуру. Видимо, не случайно в сырой и холодной Финляндии зародились сухие и жаркие сауны, а в сухой и жаркой Турции — прохладные и влажные турецкие бани.

Все бани в зависимости от температуры воздуха и влажности разделяются на три основные группы:

ОСОБЕННОСТИ   РУССКОЙ   БАНИ (БАНЬКА).

Теплопроводность влажного воздуха — намного выше, чем сухого, поэтому в русской бане более глубокий прогрев достигается в менее агрессивных условиях (реакция организма на тепловую агрессию среды — спазм сосудов и учащённое сердцебиение). Особенностью русской бани считается  возможность париться веником.

Достаточно жарко, умеренно сухо и приятная мягкая влажность. Как будто в жаркий день у берега моря. Легко дышится. Жар прогревает. Проникает глубоко в поры, но не шпарит. Такой жар, как говорят, не гонит с полка, а, напротив, вызывает желание как следует попариться.

В русской бане нет постоянной смены воздуха: баню проветривают, запускают в неё свежий воздух, потом закрывают дверь и парятся до следующего проветривания. Потом, баню открывают, выпускают отработанный воздух и запускают свежий, так как в русской бане наиболее важным фактором является кондиция пара. Если организовать постоянный воздухообмен, то нормального пара не получится, — он просто будет вылетать. Когда температура в бане поднимается до 70°С, баню необходимо остудить. Для этого, на стенки и на полки льют холодную воду, открывают окно и дверь в парную.  Затем, всё закрывают и подбрасывают немного воды на камни - чтобы подсушить влажные доски, так как влага в парную должна поступать из печки, как перегретый пар, а не в качестве испарения от мокрых досок.

В русской бане человек не просто сидит или лежит. Он всё время осознанно действует. Поддать пар, опустить пар, отдохнуть, париться веником, проветрить, просушить — это неполный перечень действий, которые совершает человек в парной. В русской бане — пар делают. Признаки хорошей русской бани – максимальная  разница между температурой воздуха и температурой камней.

ОСОБЕННОСТИ ФИНСКОЙ БАНИ (САУНА).

Сауна — это баня равного давления, обеспечивая равенство атмосферного давления внутри парной и снаружи сауны, организуется стационарный конвективный поток воздуха, обеспечивающий нормальную вентиляцию. Поэтому воздух не выпускают на улицу или в вентиляционную шахту здания. Наличие стационарного потока воздуха в сауне позволяет произвольно выбирать размер помещения сауны, в зависимости от количества парящихся и их удобства.

В ИК- диапазоне длин волн, которые как раз соответствуют излучению тел при температуре  +120 градусов Цельсия, тело человека в бане, близко по свойствам к абсолютно черному телу, поскольку вода, из которой мы состоим, хорошо поглощает ИК - излучение. Если вся поверхность тела мокрая и имеет температуру 400 С, а влажность окружающего воздуха равна нулю, то каждую минуту человек средней комплекции испаряет 40 г\мин воды с поверхности тела. Вот почему спортсмены, желающие перейти в более легкую весовую категорию, сбрасывают вес в сауне.

Кроме раздевалки и парной в сауне есть мыльное отделение с бассейном и массажными столами. В сауне подход более практичный: включил её с вечера, утром попарился 15 минут, принял душ и пошёл на работу.

Несомненно, сауна приемлема для многих, но надо помнить и о том, что все хорошо в меру! 5-10-минутное пребывание в парной принесет вашему телу приятное расслабление, а вот 20-30-минутные подвиги могут обернуться чувством раздраженности, головной болью и нарушением сна.

ОСОБЕННОСТИ ТУРЕЦКОЙ  БАНИ (ХАМАМ).

Особенность турецкой бани - высокая влажность, напоминающая туман, а особый температурный режим не очень высокий (приблизительно 60 градусов), идеально подходит для людей, которые не любят или не переносят высокие температуры.

 В настоящей турецкой бане нет никаких парогенераторов. В Хамаме обогревался четыре стены, пол и лавки с помощью большого котла с водой. Пар, образованный от кипения воды, подавался через небольшие отверстия, находящиеся в стенах из мрамора. При влажности близкой к 100% можно получить легкий пар за счет испарения с больших поверхностей, как в природе после дождя.

Внутреннее убранство турецких бань всегда было роскошным, ибо еще пророк Мухаммед объявил поход в баню обязательным, говоря «Чистота — половина веры» (Муслим,Тахарет,1). Еще одно из высказываний Мухаммеда «Тепло хамама увеличивает плодовитость и, соответственно количество почитателей ислама».

Традиционная турецкая баня также отличается тем, что строится она обычно в каменном или глиняном сооружении по принципу ладони:

1. Раздевальня (сгиб кисти) - просторное помещение с температурой 28-34°С - здесь начинается разогрев.

2. В турецких банях есть переход - коридоры, для постепенного повышения температуры, примерно от 70 до 100°С.

3. В середине воображаемой ладони находится просторное помещение с разогретыми каменными лежаками -"чебек-таши" - камни для живота, располагаются 4-5 ниш для мытья и три узких коридора, которые ведут в различные помещения: парилка, прохладная комната и зал для отдыха (пальцы), где «очищая тело и душу от злых духов, заново рождаются на свет». При помощи массажа тело освобождается от усталости, мышцы становятся эластичными, а настроение радостным.

4. Финальную точку в бесконечной неге ставит омовение в бассейне.

ОСОБЕННОСТИ  РИМСКОЙ   БАНИ (ТЕРМЫ).

Римские термы играли роль клубов, центров общественной жизни римлян, которые проводили там большую часть дня. Они представляли собой роскошные монументальные сооружения, включали, кроме банных зданий, залы для поэтов, философов, площадки для выступлений артистов, гимнастические залы, стадионы, площадки для спортивных состязаний, трапезные залы, библиотеки и т. д. В терме одновременно могло находиться около двух с половиной тысяч человек.

Для отопления возле помещения бани складывали круглую или четырехугольную печь со сводами, от которой в подвальное помещение бани шли подземные каналы, а оттуда - к полу. Пол прогревался до 60-70°C и поэтому посетителям выдавались специальные деревянные сандалии, предохраняющие ступни от жара.

Устройство терм было такое:

 1. Сначала посетители попадали в помещение для раздевания -аподитерий и отдыха после бани. По древней традиции посещения римских бань, хозяйка проводит омовение ног каждому гостю и предлагает сладкое вино с маслинами.

2. Из аподитерия древние римляне отправлялись в большой теплый зал - тепидариум, предназначенный для предварительного прогрева тела. Затем помещение гигиенических процедур - бассейн с теплой водой и всевозможными видами гидромассажа - 2-3 тыс. ванн с горячей, теплой и холодной водой. Для вместо мыла римляне использовали мази из животных жиров с применением благовоний, для удаления грязи пользовались мелом, пемзой и луковой золой.

 3. Кальдарий - жаркое помещение терм с влажным паром, где прошибал пот, обогрев производился печами, которые отапливались нефтью, а температура доходила до 43-48°C, влажность воздуха была близка к 100%.

4. Следующая комната с бассейном с холодной водой – это фригидариум. Здесь можно не только окунуться после парения, но и постоять под изысканным водопадом.

Заведовали термами знаменитые врачи, которые занимались лечением больных с использованием ванн, парилен, натираний мазями, подавались особые блюда и напитки. Бани украшали фонтанами, водопадами, скульптурой и различными росписями, сооружались подвесные сады, деревья, в которые привозили птиц из самых экзотических мест. Посетители наслаждались любимой музыкой, пением, танцами, кухней и изысканными  блюдами.

ОСОБЕННОСТИ  ЯПОНСКОЙ  БАНИ (ОФУРО).

На развитие банных технологий с VIII века в Японии повлияло геология местности - в этой стране предпочитали париться в горячей воде из-за наличия большого количества  термальных вод.

Издревне в Японии существовало 2 типа бань:

- офуро - домашняя баня

- сэнто - общественная баня

Этапы принятия офуро (бочка):

1 этап - Принято хорошо, несколько раз помыть тело с мылом и мочалкой.

2 этап - Купающиеся, в бочке погружаются сидя в воду по грудь. На голову надевали смоченную холодной водой шапочку, и грелись четыре-пять минут. Такая процедура продолжается 5-15мин.

     3. этап - Следующий этап церемонии офуро – принятие 8–12 минутной кедровой опилочной бани с добавлением рисовых отрубей и измельченной массы до 60 разных лекарственных трав, нагретые до 50 °C. Во время сеанса выделяющийся пот впитывается опилками. Такая процедура эффективна, чтобы сбросить вес

4 этап - принимаете душ

 5 этап - После бани купающийся насухо вытирается и отдыхает около одного часа, на кушетке завернувшись в халат или простыню.

6 этап -  моцион по парковым дорожкам

Как правило, баню устраивают каждый день или раз в два дня до ужина. Такую процедуру все японцы начинают с 3-4 лет.

Сэнто - современная японская баня.

Сэнто имеет живописный и экзотический вид. На стенах устроены искусственные скалы, маленькие водопады. Она представляет собой неглубокий бассейн с проточной горячей водой на пятьшесть человек. Температура воды достигает 50 °C. Воду в бассейне регулярно меняют. До принятия ванны моются в отгороженном соседнем помещении, сидя на деревянных решетках на полу. Душ отсутствует. Намыливание и растирание тела сопровождаются периодическими обливаниями водой.

Уже с первых мгновений пребывания в апартаментах японских бань вы слышите спокойную, размеренную музыку страны восходящего солнца, ощущаете неповторимый тонкий изысканный аромат японских благовоний.

Японцы придумали офуро неспроста.

 Во-первых, они не признавали мыла. На его изготовление шли убитые животные, это противоречило религиозным убеждениям буддистов, они стали использовать для мытья воду погорячее.

Во-вторых, в Японии сырой климат. Непомерная влажность усугубляет зимой пронзительный холод, дома плохо отапливаются,  в силу традиций одежда легкая. Вот и возникла необходимость ежедневно греться, и как следует.

ОСОБЕННОСТИ АФРИКАНСКОЙ  БАНИ

В своих ритуалах и мистических обрядах народы Африки широко использовали водолечение. Вода издревле здесь считалась священной.

Во всех африканских странах, где имелся песок, выкапывали в нем яму соответствующую размерам человеческого тела, и разводят в яме большой костер из мелких сучьев. В качестве топлива используются и древесина, и сухие ветки кустарников, и колючки и кизяк.

После того как дно и стенки ямы достаточно раскаляться, остатки костра выгребают и яму присыпают нагретым и сухим песком, и накладывают полезные для тела листья и травы в зависимости от того, что у кого болит. Иногда вместо разжигания костра яму обливали кипятком.

Для банной процедуры все готово…

Человек ложиться на листья и траву, его присыпают лечебными травами и раскаленный на солнце песок.

Время пребывания в такой ванне определялось самочувствием лечащегося, т.е. процедура длиться столько времени, сколько способен выдержать человек, принимающий африканскую баню.

ОСОБЕННОСТИ  ТИБЕТСКОЙ БАНИ.

 Все лучшее из целительного опыта и практики индийских и китайских лекарей вобрала в себя практика водолечения древних медиков Тибета. Водолечение самых различных заболеваний в основном сводилось к применению ванн и разнообразных компрессов. Тибетская баня своеобразна, так же как и африканская баня. Для банной процедуры выкапывали яму глубиной 50-70 см на ширину, позволяющую сидеть в ней взрослому человеку. На дне этой ямы сжигали березовые дрова, вернее, несколько порций дров. На образовавшиеся угли бросали старые кости и дожидались, пока они сгорят. На полученный пепел укладывали порцию свежих березовых дров и накрывали их лапами кедра, ели или сосны. Затем на хвою усаживали человека, накрывали его с головой и парили до тех пор, пока он мог терпеть. Затем он выходил из ямы и ложился отдыхать, тепло укутанный, в течение двух часов. После этого его насухо вытирали и натирали целебными мазями, выполняя при этом массаж всего тела.

ОСОБЕННОСТИ  ЕГИПЕТСКОЙ  БАНИ

Типичные египетские бани состояли из двух этажей. Банные процедуры принимали на верхнем этаже, где вокруг бассейна располагались каменные лежанки со специальными отверстиями. Через них поступал пар, который получали на нижнем этаже, в просторном подвале с очагами. В полу бани был сделан сток для воды, которая уходила в общий водосток города. Эта система водоотвода служила своего рода центральным отоплением для города. В середине помещения верхнего этажа находился небольшой бассейн для контрастных водных процедур.

В банный комплекс, помимо основных банных помещений, входили гимнастические, массажные залы, помещения для терапевтических манипуляций, косметические кабинеты, бассейны с холодной водой для контрастных водных процедур, ингалятории с использованием лечебных масел и трав и др.

 Несмотря на эти изобретения мыла у них не было: для мытья применяли пасту из пчелиного воска и воды. Таким образом, бани выступали в роли лечебницы.

Эти и другие традиции древнеегипетской бани стали основанием для турецких бань и римских терм.

ОСОБЕННОСТИ ГРУЗИНСКОЙ  БАНИ.

Еще во времена древнего государства Урарту на территории Грузии строили бани с естественным паром – продукт от горячих источников, насыщенных серой. Горная вода из них текла в бани по керамическим трубам.

Грузинская баня представляет собой каменное здание, которое состоит из нескольких помещений, со сводчатой крышей. Высота помещений небольшая, здание частично заглублено в землю.

Вход в баню начинался небольшого помещения- предбанника вдоль стен которого располагались лежанки. Предбанник предназначался для того, чтобы в нем раздевались посетители бани. Также в предбаннике, было отведено место для хранения бальзамов, мазей, благовоний, эссенций.

В два равных по объему помещения, но с разной температурой, одна подготовительная с не очень высокой температурой, другое жаркое проводились все процедуры. В обоих комнатах стояли каменные скамьи.

Также далее шло помещение с двумя купальнями, которые  располагались в гротах.

В подвальной части разводили огонь. В стенах были замурованы трубы, по которым подавалась горячая и холодная вода, а также трубы с подачей чистой воды и отводом грязной. Водой заполняли облицованные мрамором бассейны, покрытые куполообразной крышей, через которую в помещение попадал мягкий свет.

В древности грузинские бани работали круглосуточно и многие люди проводили в бане целый день. В вечернее время помещения освещались бронзовыми светильниками. После завершения банной церемонии играли в нарды, шахматы, слушали музыкантов, поэтов, любовались танцовщицами, пили вино, угощались сладостями и вели приятные беседы. Грузины приглашали гостей в свои бани, устраивали там праздники. 

ОСОБЕННОСТИ ИСЛАНДСКОЙ БАНИ

Исландская баня получила свое распространение со второй половины XIX века. Исландские бани основаны на естественных горячих источниках. Водой из этих источников обогреваются дома и теплицы.

Помимо раздевальной комнаты, в них имеются три парных помещения.

Банная процедура заключалась в предварительной комнате с  получасовым прогревании в не слишком жарком помещении с температурой 25 - 27 градусов.

Затем парящиеся переходят в помещение с температурой 32 - 35 градусов.

И только в последней "комнате" где по-настоящему жарко - в этом помещении потение (около 15 минут). Температура здесь достигает 60 градусов, но дышится легко, так как в помещение постоянно нагнетается свежий воздух. Пол выложен кирпичами с отверстиями, сквозь которые поступает горячий воздух. В одной из стен парильни были сделаны каналы для сброса отработанного воздуха.

В бане есть бассейны с холодной и теплой водой.

У каждой из бань есть свои достоинства и у каждой можно найти недостатки. Один мудрец сказал: "Лучшая баня та, которая давно построена, просторна и имеет мягкую воду", а другой добавил: «И та, которую топят сообразно натуре тех, кто хочет в нее войти».

НЕБОЛЬШОЙ  ЭКСКУРС В ОБЛАСТЬ ПАРА.

   Многие знают, что пар бывает легким и тяжелым. В сухой сауне таких проблем не существует. Поступающий в сауну воздух имеет обычную атмосферную влажность, но по физическим законам при нагревании теряет ее, иногда на порядок.

При естественной влажности молекулы воды максимально перемешаны с молекулами - максимально диспергирован. Нет крупных капель, которые придают пару тяжесть и вредны для легких.

 Если мы хотим искусственно увлажнить нагретый воздух, то должны стремиться к тому, чтобы и при искусственной влажности пар был максимально диспергирован.

Имеет место следующая закономерность: чем выше температура и больше поверхность испарения, тем более диссоциирован пар и тем он, соответственно, легче. Одно и то же количество молекул воды может быть разбито на 100 капель, на 1000 капель, на 1000000 капель и т.д. И, соответственно, каждая капля может состоять из 100 молекул, или из 50, или из двух.

Давление насыщенного пара, так же как и его плотность, тем больше, чем выше температура. График на рисунке демонстрирует эту зависимость.

Из-за большой крутизны зависимости давления насыщающих паров от температуры получается, что наружный воздух, насыщенный водяными парами на 100 % при 20 оС, оказываясь внутри сауны при 90оС, сразу становится насыщенным всего на 3 %! Ну, а если за окном мороз, то морозный воздух, нагретый до 90 оС, будет насыщенным только на 1 %.

Как известно, конденсация пара всегда происходит на самом холодном предмете. Все бани организованы так, что самым холодным "предметом" было тело человека.

Так как в среднем теплоёмкость нашего тела около 200 кДж/град, то за минуту, проведённую в сауне, наша температура может подняться на 0,5 градуса, если запретить нам потеть. Простые расчёты показывают, что нам необходимо испарять 2,2 литра пота в час, чтобы избавиться от последствий включённого внутри нас «кипятильника». И конечно, испарить такую массу влаги невозможно без хорошей вентиляции воздуха вокруг.

Теперь становится ясным, почему в сауне становится невыносимо жарко, когда кто-то выливает чуть-чуть воды на раскалённую плиту.

Во-первых, образовавшийся пар нагревается от плиты до температуры гораздо большей 100 оС.

 Во-вторых, увеличившаяся влажность делает испарение затруднительным.

 В-третьих, теплопроводность водяного пара выше, чем сухого воздуха, в результате чего мы получаем больше энергии извне.

ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В БАНЕ И ИХ ЗНАЧЕНИЯ

Вспомним обо всех механизмах теплопередачи, которые действуют в природе, и оценим их вклад в банное дело. Обнаженный человек получает тепловую энергию посредством двух главных механизмов передачи тепла: излучения и теплопроводности окружающего воздуха. Конвекция воздуха (вспомогательный механизм теплопередачи), который в парилке опускается вдоль тела вниз, способствует более эффективной работе механизма теплопроводности, поскольку уменьшает толщину слоя воздуха d, через который идет поток тепла от воздуха к телу, а воздух - плохой проводник тепла.

Если в парилке не делать резких движений (руками, например), то вполне можно высидеть минут пять при температуре +120 °С. Если же обмахиваться веником, то ощущение жары сильно возрастет. Это говорит о том, что роль теплопроводности меняется в зависимости от поведения человека.

Если вы хотите просидеть в парилке подольше - установить рекорд, тогда сидите тихонько и не шевелитесь. В этом случае большую часть тепловой мощности вы получите в виде излучения, испускаемого стенками и воздухом в парилке.

Поверхность кожи человека в парилке имеет температуру тела более высокую, чем нормальная температура внутри 37 °С. За счет этого организм начинает нагреваться. Происходит теплообмен между кожей человека и воздухом в парилке. Поскольку теплоемкость тела очень большая, температура внутри поднимается медленно.

Чтобы не повредились кожа и прилегающие к ней ткани, организм приводит в действие несколько защитных механизмов. В первую очередь расширяются кровеносные сосуды, и приповерхностные слои кожи охлаждаются потоком крови. При нагревании тела происходит их расширение в объеме. Чтобы не перегреться, организм включает главный механизм теплопередачи, работающий в природе, — механизм испарения-конденсации. На коже имеются поры, сквозь которые выделяются жир и пот. Капельки покрывают все тело человека.

При большей влажности воздуха испарение сменится на конденсацию. Вода будет не испаряться с поверхности тела, а наоборот, конденсироваться на ней из воздуха! Это приведет к выделению энергии, кровь не успеет отвести внутрь поток тепла - появится ожог, т.е. паром можно сильно обвариться! Как видно, уже небольшое увеличение влажности (до 10%) приводит к сильному эффекту: во влажной парилке температуру 120°С выдержать просто невозможно, т.к. процесс испарения затормаживается.

Сухой воздух, имеющий меньшую теплопроводность и теплоемкость, позволяет поднимать температуру в сауне до 100—120 °С. В результате охват теплом в такой сауне больше и в этом ее преимущество.

Механизм испарения-конденсации действует и в такой известной ситуации: для повышения температуры воздуха в парилке некоторые любители плещут воду на нагретые камни. После такого полива они обычно сразу выбегают наружу - воздух становится «обжигающим». Теперь понятно, что это водяные пары из воздуха начинают конденсироваться на поверхности тела человека.

ТРАДИЦИИ КАК СДЕЛАТЬ ХОРОШИЙ ПАР.

На Руси издавна говорили: “приготовить баню”.

 Чтобы поддать хорошего пара, нужно быть поистине мастером банного дела. Если камни будут недостаточно прогреты и капельки воды в воздухе не очень мелкие, пар будет тяжелым и о его благотворном влиянии вряд ли можно говорить.

Иногда пар опускают сразу, в процессе поддачи, специальными опахалами, простынями, полотенцами, вениками. Условно говоря, этот способ называется «по-русски». Принудительное опускание пара приветствуется не всеми.

Поддавание «по-татарски», когда пар опускается самими парящимися, когда они машут вениками, поэтому веник - это не розги, и главный смысл его применения вовсе не в силе удара.

Веник - вещь первостепенной важности в русской парной! Березовые веники заготавливают в конце июня, сушат один день в тени под грузом, затем хранят в хорошо проветриваемом помещении.

Пар — своеобразный чистильщик, переходя в жидкость – т.е. конденсируясь, превосходно очищает атмосферу бани. Капельки воды, оседающие на полке, абсорбируют, всяческие “банные” отходы.

Как распознать, достаточно ли поддано пара? Есть довольно простой способ. Заберитесь на полок, и если уши сильно обжигает банным зноем, значит, цель достигнута.

Если уши почти не жжет, на полу, стенах и ступеньках полки проступают сухие пятна. Верный признак, что в парной стало суше. Можно определить психрометром, а можно следующим способом. После поддачи воды в печь подымите руку над приоткрытой дверью. Если руку не обжигает, значит, цель достигнута.

АКСЕССУАРНЫЕ  ХАРАКТЕРИСТИКИ БАНИ

Необходимо строго соблюдать некоторые условия, как при обустройстве бани, так и при ее эксплуатации. Парная бани должна иметь приборы, измеряющие и контролирующие температуру и влажность в помещении.

 Температура в парной измеряется контрольным спиртовым термометром, не ртутным - из-за вредного действия паров ртути из случайно разбившейся колбы, который устанавливают на уровне головы стоящего человека, чтобы знать максимальную, достоверную температуру воздуха, находясь на верхней полке парной.

Влажность в бане определяют посредством прибора, называемого гигрометром. Содержание влаги в воздухе парной по показанию гигрометра должно колебаться в пределах 40—70 г воды на 1 кг воздуха (60—85 г воды на 1 м3 воздуха).

В помещении парилки необходимы иметь простые песочные часы, на 15 минут, для контроля времени проведения банной процедуры.

Вентиляция обязательно должна предусматриваться в любой бане, тем более в комфортной, индивидуальной. Приток свежего воздуха желательно обеспечить комбинированно: через двери, форточку, отдушину и специальные вентиляционные каналы.

Освещение парной и других помещений бани должно быть неярким и комбинированным.

 Внутрь бани не должны бить прямые солнечные лучи. Поэтому окна бани лучше располагать на запад, тогда неяркие лучи заходящего солнца создадут прекрасную обстановку уюта и спокойствия. В помещении парной освещение будет вполне достаточным от небольшого окна, размером 40х60 см, желательно с двойным остеклением.

 По конструкции светильники с плафонами молочного или желтого цвета могут быть угловыми или встраиваемыми в потолок, но обязательно термо- и влагостойкими, выключатель которого должен находиться в предбаннике. Для электрического освещения используют электробезопасные лампы с пониженным напряжением - 12-24 В и мощностью не более 60 Вт.

Электроразводку в бане необходимо выполнять закрытой, с прокладкой ее внутри поливинилхлоридных трубок.

И конечно не надо забывать об аптечке с минимальным набором необходимых вам лекарств, среди которых обязательны - сердечные капли.

Запахи – очищают и прогревают  парную. Полезно подливать в воду, которую выплескиваешь на каменку, различные ароматные настойки, иногда добавляют нашатырный спирт, который бодрит и прекрасно изгоняет нездоровые запахи!

А потом уже более душистые, приятные настойки, скажем мяты, эвкалипта, липового цвета,— все они обладают антисептическими свойствами.

Заядлые парильщики советуют не выбрасывать использованные веники, а, парясь на полке, подкладывать их под голову для вдыхания аромата. Веники вяжут из веток практически любых деревьев, но самыми популярными в России остаются березовые и дубовые, хотя и можжевеловые, эвкалиптовые, крапивные и полынные также находят своих любителей.

Веники   из березовых листьев содержат витамины А и С, дубильные вещества и эфирное масло. Дубовые ничуть не уступают им по своим полезным свойствам и помогают при лечении некоторых кожных заболеваний, подсушивая кожу и снимая воспаление. Готовят их в августе и сентябре. Не бойтесь париться хвойным веником, но, чтобы не уколоться, надо заварить веник в крутом кипятке на 20-30 минут.

      Пробежка – приверженцев традиций зимой обязательно разотрутся снегом или резво пробегутся до проруби (если она неподалеку). Обжигающий холод студеной воды уравновесит жар парилки. Это, конечно, возможно только в деревенских условиях.

      Уход за телом - любительницам легкого пара не стоит упускать возможности заняться собственным телом. При посещении бани надо обязательно иметь при себе такие предметы, как отшелушивающие гели и всевозможные маски, скрабы, масла и увлажняющие кремы, а также маникюрный набор, пилки для ступней и пемза (ногти и пяточки после банных процедур очень податливы).

      Напитки - после парной полагается посвятить себя общению, неспешно потягивая ароматные напитки. Банное тепло и неторопливое омовение приносят свежесть мыслей, благодушное настроение и настраивают на философский лад. Отсюда вывод: в баню надо ходить исключительно с хорошими людьми. Что касается собственно напитков, то вы получите удовольствие от нехолодного кваса, травяных чаев, отваров и настоев.

Банная индустрия выпускает множество полезных вещей - ковшики и бадейки, специальные отдушки, вешалки, варежки, халаты, картины,  декоративное панно с пожеланием: "Идите в баню!"

ПРАКТИКА СТРОИТЕЛЬСТВО БАНЬ.

ФУНДАМЕНТ.

Для прочной конструкции бани ее устанавливают на фундамент или  монтируют непосредственно на земле, причем для нижнего венца - оклада - выбирается стойкий к гниению дуб. Этот же венец служит опорой для пола.

СТЕНЫ.

При строительстве используют хорошо просушенное дерево,  паклю для конопачения хорошо пропитывают антисептическими составами. Бревенчатая банька отлично держит тепло и вдобавок обладает своим особенным ароматом. Однако она недолговечна и пожароопасная.

Альтернативу деревянной бани составляет кирпичная, (кроме силикатного), кладкой в 1,5-2 кирпича. Из-за высокой теплопроводности материала на внутренней поверхности образуется обильный конденсат,  поэтому принимают специальные меры по увеличению тепло – изоляции  (минеральная вата, стекловата, пенопласт, плиты и маты из соломы) и паро - изоляции (металлическая фольга,  полиэтиленовая пленка, пергамин) постройки. Пароизоляционный слой укладывается под внутреннюю деревянную обшивку поверх теплоизоляционного слоя.

ПОТОЛОК.

В соответствии с законами физики горячий и влажный воздух поднимается вверх, под потолок, где находится тепло- и пароизоляционный материал (дерево с низким содержанием смолы  и низкой  теплопроводностью -липа, осина, тополь).

ПОЛ.

В конструкции пола русской бани предусматривается дренажная  система для отвода воды, чтобы предотвратить гниение пола как самой влажной и холодной части постройки.

ОКНА И ДВЕРИ.

Ради единственной цели - экономии тепла, окна в бане маленькие, двери в парное отделение - узкие, с высоким порогом.

ВНУТРЕННЯЯ ОТДЕЛКА.

Для внутренней отделки бани используют дерево не крашенное и не лакированное.

В скандинавских странах на внутреннюю отделку - северная ель или сосна, для внутренней обшивки – канадский кедр с неповторимым ароматом.

Существенный один недостаток у хвойных пород: они быстро и сильно нагреваются, поэтому элементы бани, которые соприкасаются непосредственно с телом человека (полки, скамьи, подголовники, ограждения для печей), из хвойного дерева изготавливать не следует.

ВЕНТИЛЯЦИЯ.

Вся архитектурная идеология бани направлена на сохранение тепла и поддержание определенной влажности в парном отделении. Но известно, что за один сеанс человек может похудеть более чем на килограмм. И этот килограмм - далеко не самое лучшее, и - "витает" в воздухе в виде испарений. Для того чтобы атмосфера в сауне или парной оставалась приемлемой, и применяется вытяжная вентиляция или просто открытая дверь на несколько секунд. Финские нормы, например, регламентируют шестикратный обмен воздуха в час!

ТЕПЕРЬ О ПЕЧАХ.

Перед печником стоит двойная задача: хорошо прогреть камни и при этом не перегреть объем парной. Для этого печь должна быть очень большой, массивной. Любая печь будет греть объем парной. Вопрос в том, насколько. На наш взгляд в идеале это должно быть 50-60°. Остальное добираем за счет подбрасывания воды. Перед первым подбрасыванием камни должны быть хорошо прогреты, а температура сухого воздуха в парной примерно 50°. Большая печь будет прогреваться очень долго. Поэтому мы строим печи меньшего размера с регулируемым подогревом сухого воздуха, не зависящим от температуры камней.

Есть и еще одна сторона вопроса. Практически все печи в общественных банях периодического типа, то есть когда печь топится, подбрасывать воду нельзя. Печь топится всю ночь, а потом, благодаря большой массе держит тепло весь день до вечера. Поэтому на утренних сеансах парная, как правило, перегрета, а к вечеру тепла не хватает. Наши заказчики не готовы ждать целый день, пока истопится печь, а потом через два часа остынет. Поэтому мы строим печи, которые можно топить и при этом париться.

Таким образом, наши печи могут использоваться для первых трех типов бань. Если подогрев сухого воздуха отрегулировать на максимум, температура в парной будет около 100°. При этом можно подбрасывать воду совсем понемногу, чтобы не обжечься. Если отрегулировать подогрев сухого воздуха до 70-80°, это будет баня второго типа. Влажность можно будет довести до 25-30%. И, наконец, настоящая русская баня: 65° и 65%. В ней и веник не пересыхает и дышится легко. В заключение отметим, что оптимальная температура внешних сторон стенок печи 70°С (отвечающая паспортной теплоотдаче 0,5 кВт/м) соответствует температуре внутренних сторон стенок кирпичной печи (толщиной в полкирпича) всего 170-200°С (что следует из уравнения теплопроводности для полностью прогретой стенки). Это зачастую обескураживает дачника. Ведь топят печь, казалось бы, до куда более высоких температур внутри, по крайней мере, в топливнике. А дело в том, что за время топки внутренняя сторона стенки успевает прогреваться изнутри (от огня) на глубину всего 5-7 см (но до высокой температуры 500-700°С). И только через час после топки тепло изнутри «выбирается по кирпичу наружу», и за это время внутренняя сторона стенки постепенно охлаждается до 200°С.

КАМНИ.

Для сауны подходят камни размером 5-10 см с небольшим коэффициентом теплового расширения которые, раскаляясь, не будут трескаться от воды и образовывать острые осколки. Самые популярные породы - перидотип, диабаз.

БАНЯ - СРЕДСТВО ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ЗДОРОВЬЯ.

В современной жизни баня занимает по-прежнему важное место. Мы привыкаем к микроклимату помещений и становимся беззащитными перед резкими изменениями внешней среды. А, если к этому прибавить высокие нервно-психические и эмоциональные перегрузки — станет ясно, почему так часто городской житель жалуется на плохое самочувствие, снижение трудоспособности. Великое благо для «засидевшегося» человека пройти через пышущую жаром парильню, взбодрить себя этой могучей, поистине богатырской процедурой, которую никак не сравнить с плесканием в ванне.

ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ БАНИ, СТЕРЕОТИПЫ МЫШЛЕНИЯ.

1. Домашняя японская баня офуро очищает организм от шлаков, укрепляя защитные силы организма. Особенно она полезна во время начинающейся простуды. А при хронических заболеваниях, когда организм недостаточно сопротивляется, японские гипертермические ванны способны пробудить его естественные силы для борьбы.
2. Сэнто для японцев – источник здоровья. Японские медики определили, что эта баня избавляет от стрессов, ревматических болей, стимулирует деятельность сердечнососудистой системы и почек, активизирует обмен веществ. Посещая баню, японцы делают свой организм стойким ко многим простудным и инфекционным заболеваниям.
3. Восстановленные по старым традициям, тбилисские термальные бани до сих пор успешно используются для купания, отдыха и лечения различных заболеваний и привлекают туристов. Считается, что здоровье, красота и привлекательность грузинских женщин зависят исключительно от систематического посещения бань и банных процедур.
4. Посещение сауны оказывает положительное воздействие на организм, так как способствует выведению шлаков из организма, в результате потоотделения. Сауна пользуется большой популярностью среди спортсменов, готовящихся к соревнованиям, когда нужна предельная осторожность в нагрузках.
5. Интересно, что древние римляне, при встрече, не задавали друг другу наш традиционный вопрос: «как вы себя чувствуете?», а спрашивали: «как потеете?».
6.     Ожидаемым конечным результатом любой бани является выведение шлаков из организма через кожу. Есть мнение, что при правильном пользовании русской баней, она решает вопрос очистки организма от шлаков раза в два эффективнее, чем сауна

Выясним, зачем, почему и как в банях создаются те самые знаменитые банные условия, при которых можно столь комфортно и мыться, и лечиться, и общаться, и отдыхать.

Профессор Боголюбов В.М. пишет: "Русскую баню и сауну следует рассматривать как средства неспецифической терапии. Баня показана прежде всего при фонических неспецифических заболеваниях легких, включая бронхиальную астму. Баня благоприятно сказывается при лечении больных хроническим бронхитом и хронической пневмонией. Лучшее действие отмечается у детей".

РАСЧЕТ  ЗНАЧЕНИЙ  ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН  В БАНЕ

Мы провели следующие эксперименты:

1. Определение количества теплоты, полученного от нагревателя (дрова)
2. Расчет и анализ количества «полезной» теплоты
3. Расчет мощности печи.
4. Расчет КПД печи.
5. Расчет стоимости обслуживания бани

1. Расчет и анализ количества «полезной» теплоты.

Приборы:  лента сантиметровая.

Под словом «полезная» мы условились считать теплоту, которая непосредственно идёт на нагрев бани:

1. Нагрев воды
2. Нагрев воздуха в бане
3. Прогрев стен
4. Нагрев  печи (кирпич, железо)

 Нагрев воды.

Q=cm∆t

∆t – разница температур воды = 850С

Q=4200 Дж/кг· град ·  50кг ·  85град =17.85 МДж.

Нагрев воздуха в бане.

1. Измерив, размеры помещения, мы нашли объем пара в бане.

   V= 2,86· 1,9· 2,55 = 13.857 м3

2. Массу воздуха можно найти из уравнения Клайперона-Менделеева:

   m=MPV/RT

M – молярная масса воздуха =0,029кг/моль

Р – давление пара = 755 мм.рт.ст.  133.3 = 100641,5 Па

Т – температура воздуха = 500С = 323 К

mвоздуха=0,029кг/моль ·  100641.5Па ·  13.857м3 / 8,31Дж/(моль*К) · 323К = 15.07 кг

3. Теплоёмкость воздуха своздуха= 1800 Дж/кг*град.

   Q=cm∆t

∆t – разница температур воздуха = 50 – 20 = 300С

Q=1800Дж/кг· град · 15.07кг · 30К = 0.81 МДж

Прогрев стен.

Пусть стены бани прогреваются примерно на 5 см, значит объем прогреваемого дерева:

V=S · h = 22.4 м2 · 0.05 м = 1,12 м3

Количество теплоты, поглощаемой стенами:

С – удельная теплоемкость осины = 2700Дж/кг

ρ – плотность = 600кг/м3

V – объем осиновых стен

Q=c · ρ · V· ∆T = 2700Дж/кг· град ·  600кг/м3 · 1.12м3 ·  80К = 145.15 МДж,

Нагрев печи

Печь кирпичная и примерно количество кирпичей 500 штук.

   Q=cm∆t

∆t – разница температуры кирпичей = 520 – 20 = 5000С

     Q=1000кг ·  880Дж/кг· град ·  1000С = 88 МДж

Итого:

Q=17.85  + 0.81 + 145.15 + 88= 251.81 МДж

3 Расчет мощности печи.

P = Q/t

Q  - количества теплоты, отданного дровами

Q = q · m = 13МДж · 26 кг = 338 МДж

t  - времени протапливания бани = 2.5 часа = 9000с

P=338 МДж/ 9000с = 37.55 кВт

4. Расчет КПД печи.

η=1 – Qx/Qн ,

η  - коэффициент полезного действия (КПД)

Qх – количество теплоты ушедшей в атмосферу, разница количества теплоты отданного дровами и количества «полезной» теплоты.

Qн – количество теплоты, отданное дровами.

Qх = 338 – 251.81 = 86.19 МДж

η=1 –  86.19/ 338  = 0,745 (74.5%)

5. Расчет стоимости обслуживания.

M – масса сухих березовых дров  = 26 кг

 ρ  - плотность березы  = 650 кг\м3.

V = m / ρ = 0.04 м3

Стоимость 1 м3 составляет 2500 руб.

Под стоимостью обслуживания подразумевается стоимость топлива,

что составляет 100 руб.

ФИЗИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ В БАНЕ

Вопрос 1. Почему в парной внизу холоднее, чем на полке?

Конвекция в помещении способствует тому, что воздух внизу – холодный, а теплый расширенный и имеющий меньшую плотность поднимается вверх за счет силы Архимеда.

Вопрос 2. Почему при той же температуре, при которой ещё можно сесть на нагретое дерево, садиться на железо уже нельзя - обожжешься?

Температура тела человека не больше 400С, в то время как температура воздуха, а, следовательно, и скамеек в хорошей парной от 80 до 120 С. При контакте начинается процесс передачи тепла от горячего тела (скамьи) к холодному (человеку). Как быстро идет процесс? Это определяется, в частности, теплопроводностью горячего тела. Чем больше теплопроводность материала, тем быстрее передается тепло от его более нагретых участков к менее нагретым. У железа, как и у других металлов, теплопроводность значительно больше, чем у дерева, - примерно в 300 раз. Когда мы соприкасаемся с горячей деревянной скамьей, остывает та ее часть, которая находится вблизи зоны контакта, и нам передается тепло, "отнятое" у малого объема скамьи. Иное дело, если в зоне контакта окажется гвоздь: тепло будет быстро "подтягиваются" к точкам соприкосновения со всей длины гвоздя. Кроме того, объемная теплоемкость (то есть  теплоемкость, рассчитанная на единицу объема) у железа примерно в 40 раз больше, чем у дерева; так что при одинаковых условиях остывания мы от куска железа получим в десятки раз больше тепла, чем от куска дерева того же объема.

Вопрос 3. Почему, когда подбрасывают воду на горячие камни печи, в парной становится суше?

При каждой температуре существует максимальная абсолютная влажность воздуха, равная плотности насыщенного водяного пара при этой температуре. Чем выше температура, тем больше значение плотности насыщенного пара, значит, чем меньше абсолютная влажность воздуха, тем интенсивнее идет испарение воды.

Повышение абсолютной влажности при постоянной температуре воздуха ведет к увеличению относительной влажности. И если при неизменной абсолютной влажности температура воздуха понижается, то относительная влажность будет расти. При некоторой температуре (точка росы) она достигнет 100% - пар в воздухе станет насыщенным, начнется его конденсация (появится туман, выпадает роса).

Скорость испарения определяется не абсолютной влажностью, а относительной. Если при подбрасывании кипятка в каменку в парной становится суше, значит, относительная влажность уменьшается (а абсолютная, конечно, увеличивается).

Вопрос 4. Почему нужно подбрасывать воду понемногу, а не вылить в каменку сразу шайку воды?

Когда небольшое количество воды с силой бросают в печку, она разбрызгивается в маленькие капельки. Попадая на камни, разогретые до температуры в сотни градусов, капельки мгновенно испаряются, превращаясь в пар, температура которого сравнима с температурой самих камней. Раскаленный пар вырывается из печки, общая температура воздуха в парной повышается. Более высокой температуре соответствует более высокая плотность насыщенного пара, и, значит, даже с учетом увеличения абсолютной влажности, относительная влажность может уменьшатся.

Вопрос 5. Почему нужно бросать именно кипяток, а не холодную воду?

Большая "капля" не сможет испарится так быстро как маленькая, а просто начнет кипеть, образуя пар с температурой 100С или, может быть, немного выше. Весь секрет в быстротечности процесса! Поэтому нельзя бросать холодную воду. Ведь у камня довольно низкая теплопроводность, поэтому даже маленькая капля, пока будет нагреваться до 100С, успеет несколько охладить ту часть камня, с которой соприкасается, а значит, и температура образующегося пара упадет.

Вопрос 6. Зачем нужна лужа холодной воды у входа в парную?

Вблизи лужи температура ниже, чем точка росы. Поэтому выходящий из парилки "отработанный" пар начинает быстро конденсироваться. как говорят "садиться" на луже. В хорошей парилке дверь и печь расположены в разных концах; горячий пар, образующийся у каменки, пройдя всю парилку, охлаждается и конденсируется на выходе.

Вопрос 7. Почему свежий пар вытесняет старый воздух парной?

Вспомним, что при "чистке" парной в печь набросали несколько шаек кипятка, то есть не меньше 10кг воды. Температура образовавшегося  из этой воды пара- около 300С. При такой температуре и при давлении в 1 атмосферу 10кг водяного пара занимали бы объем более 25м. Можно сказать, что мы в течение небольшого времени ввели в помещение такое количество пара, которое само занимает примерно 1/3 объема этого помещения. Пар этот горячий, поэтому он подымается вверх и вытесняет старый воздух вниз. Итак перейдем из  парной в душ!

Вопрос 8. Заряд в душевой. Когда вы принимаете душ, разбрызгивающаяся вода создает в помещении отрицательный заряд. Напряженность электрического поля при этом достигает 800 В/им. Аналогичные поля обычно обнаруживаются вблизи естественных водопадов. Почему возникают эти поля?

Почему при дроблении воды на капли происходит разделение зарядов, пока окончательно не выяснено, однако еще в XIX веке Ленар показал, что более крупные капли в брызгах воды заряжены положительно, а капли поменьше – отрицательно. Поскольку большие капли оседают быстрее, воздухе остаются отрицательно заряженные маленькие капельки, которые создают довольно значительное электрическое поле.

Вопрос 9. Отрицательный заряд дарит блаженство. Бытует мнение, что, попав в область отрицательного заряда, например под душ, человек испытывает невероятное блаженство. Итак, отрицательный заряд делает вас счастливыми, а положительный вызывает неприятные эмоции. Не исключено, что то удовольствие, которое мы получаем от душа, в равной мере обусловлено как ощущением собственной чистоты, так и отрицательным зарядом, возникающим в ванной. Как объяснить такое «эмоциональное воздействие» положительных и отрицательных зарядов?

Влияние электрических зарядов на организм человека пока не получило достаточного объяснения.

Вопрос 10. Сколько же в общей сложности поддать воды на камни?

 Готового рецепта нет, все зависит, как нагрета печь и каковы размеры самой парной. Если камни в печи раскалены и плескать немного воды в места, где звук раздается глухим хлопком. Но вот вы забросили воду, добавили ароматных настоек

ВЛИЯНИЕ БАНИ НА ДЫХАТЕЛЬНУЮ СИСТЕМУ СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТАЯ СИСТЕМА.

Частота сердечных сокращений повышается и достигает 100-160 ударов в минуту, то есть повышается на 60-70% по сравнению с показателями до посещения бани. В парильне происходит быстрое распределение крови в различных органах. Особенно резко меняется кожное кровообращение как в период гипертермии, вместе с процедурой обливания холодной водой оказывает большое влияние на перестройку системы кровообращения. Повторные посещения оказывают тренирующее действие на сердечно-сосудистую систему и функции органов дыхания.

ДЫХАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА.

Под влиянием бани повышается потребление кислорода и увеличивается выделение углекислого газа. Тепло парной способствует релаксации тканей внешних дыхательных органов, улучшает подвижность сегментов позвоночника и реберно-позвоночных суставов, расслабляет связочные структуры, напряженные дыхательные мышцы и др. Важным эффектом парной является расширение бронхов. В результате локальной релаксации органов дыхания дыхание становится частым и глубоким. Баня может играть важную роль в профилактике респираторных заболеваний. Горячий воздух, воздействуя на кожу и слизистую оболочку полости носа, способствует уменьшению отека слизистой и уменьшает выделение секрета из носа. Баня используется при лечении хронического бронхита и бронхиальной астмы, положительно влияет при таких болезненных синдромах, как кашель, шумы и хрипы в легких.

ВЛИЯНИЕ БАНИ НА НЕРВНУЮ СИСТЕМУ НЕРВНАЯ СИСТЕМА.

Нервная система реагирует немедленно и кратковременно. Увеличение кровотока в периферических органах во время пребывания в парной приводит к его снижению в мозге. Это уменьшает эмоциональную активность. Для двух третей посетителей бани (сауны) пребывание в сауне означает снятие психического и мышечного напряжения, психического комфорта, снижение возбудимости. После бани у многих исчезают головные боли или реже повторяются, на второй день после бани ощущается прилив бодрости.

ВЛИЯНИЕ БАНИ НА ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ.

Основными действующими факторами в бане являются тепло и влажность. Установлено, что основное количество тепла аккумулируется организмом в первую фазу пребывания в парной и поэтому 5-10 минут вполне достаточно для проявления положительного эффекта при воспалительных заболеваниях суставов и артрозах.

ВЛИЯНИЕ БАНИ НА КОЖУ.

Банные процедуры (парная) относятся к таким, при которых главным эффектом является потоотделение вследствие воздействия теплого воздуха на организм. Кожа парильщика увлажняется и потоотделение же начинается на 8-10 минуте пребывания в парилке. Масса тела при посещении бани (сауны), при пользовании парилкой, уменьшается за счет потоотделения в зависимости от продолжительности пребывания в парилке, от температуры воздуха в парилке, положения тела. Потеря массы тела составляет в среднем до 13 г/м2. Общее выделение пота в парной достигает обычно 20-30, а иногда и 40 г/мин. При потоотделении уменьшаются отеки. Анализ пота показывает, что с потом из организма выводятся некоторые минеральные соли, мочевая кислота, молочная кислота, аминокислоты .

БАНЯ И КОСМЕТИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ

Баня имеет выраженный косметический эффект. Издавна считается, что кожа является зеркалом состояния здоровья. Ее окраска, пластичность, прочность, влажность, сальность, толщина кожи и подкожного жира — это те признаки, по которым судят не только о состоянии кожи, но и организма в целом. Розовая окраска кожи считается признаком ее хорошего состояния. Она обусловлена хорошим кровоснабжением. Считается, что баня (сауна) улучшает рост волос, эластичность сухих ломких волос.

Посещайте баню натощак, при трезвом уме и ясной памяти, и получайте удовольствие от самого процесса очищения и обновления.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В работе представлены описание физических процессов в бане, даются объяснения многим забавным физическим вопросам. Знание видов теплопередач и физических параметров позволят в дальнейшее правильно строить бани, получить дозу оздоровления для нашего организма.

Как написано в одном древнем трактате, десять преимуществ дает мытье в бане: ясность ума, свежесть, бодрость, здоровье, силу, красоту, молодость, чистоту, приятный цвет кожи и  внимание к себе.

Результаты проведенного исследования физических параметров нашей бани позволило убедиться в том, что их соответствие приводит к тому, что баня теплая, долго держит тепло, так как мощность и КПД бани высокие.

Банная процедура с парением – это целая наука, поэтому не надо забывать про безопасность. Отправляясь в баню нужно взять с собой сменное белье, веник, простыню, махровое полотенце или халат, мыло, шампунь, мочалку.

Если Вам интересно изучать, приноравливаться, строить отношения с людьми и окружающей средой, значит вы  - понимаете толк в бане, и ходите в баню не столько, чтобы помыться, сколько повод для общения, погреться,  получить настоящий комфорт и удовольствие. Наши предки любили повторять: «Где тепло, там и добро».

СПИСОК   ИСПОЛЬЗОВАННОЙ  ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Варламов С.Д. В парилке.// Физика. Приложение «Первое сентября» - 2004.- № 1.
2. Долин В.Н..С легким паром!// Новое в жизни, науке, технике. Сер. «Сделай сам» - 1991.- №1– М.: Знание
3. Журнал «Квант», 1985 №8
4. Журнал «Печи и камины» № 3, 2000, стр. 17-18
5. Журнал «Техника – молодежи», 1995, №5;  2000, №5.
6. И. Я. Ланина. Не уроком единым. Москва “просвещение”, 1991г.
7. Я. И. Перельман.  Занимательная физика книги 1, 2. Москва “Наука”, 1986г.
8. С. П. Синичкин, О. П. Синичкина.  Внеклассная работа по физике 2002г. (библиотека учителя)
9. Дж. Уокер. Физический фейерверк (вопросы и ответы по физике). Издательство “ Мир”, Москва 1979г.
10. Физика: учеб. для  8 кл. общеобразовательных учреждений/ С.В.Громов  , Н.А.Родина. – 4-е изд. - М.: Просвещение, 2002.
11. Физика: Молекулярная физика. Термодинамика. 10 кл.: учеб. Для углубленного изучения физики/ Г.Я. Мякишев, А.З. Синяков. – 5-е изд., стереотип.- М.: Дрофа, 2002.- 352с.

ИНФОРМАЦИОННЫ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ САЙТЫ

1. Материалы сайта http://www.parilka.ru