Як зимові куртки утримують тепло: фізичні принципи та інноваційні матеріали

Сучасні зимові пальта об'єднують знання про теплопередачу, накопичені за століття, з інноваційними матеріалами, здатними ефективно зберігати тепло і відводити вологу.

Зимові куртки підтримують тепло завдяки трьом основним механізмам теплопередачі: теплопровідності, конвекції та випромінюванню. Водночас вони забезпечують хорошу вентиляцію, що дозволяє поту виходити назовні. Фахівці в галузі фізики теплопередачі часто вважають цю дисципліну усталеною. Ісаак Ньютон вперше описав процес конвективного охолодження на початку XVIII століття. У 1822 році Жозеф Фур'є розробив аналітичну теорію теплопровідності, що пояснює, як теплові енергії передаються через безпосередній контакт. Наприкінці XIX століття Йозеф Стефан і Людвіг Больцман, а пізніше Макс Планк на початку XX століття, заклали основи сучасної фізики, досліджуючи теплове випромінювання.

Ці основи стали фундаментом сучасного матеріального дизайну. Проте нинішні новинки полягають не лише в формулі, а й у текстильних інноваціях. Протягом останніх двадцяти років інженери створили вражаюче тонкі синтетичні волокна, які ще ефективніше зберігають тепло, а також обробки, які дозволяють натуральному пуху відштовхувати воду, а не вбирати її. Вони розробили дихаючі мембрани з мікроскопічними порами, що сприяють випаровуванню поту, тонкі відбивні шари, які повертають тепло вашого тіла назад, покриття, які накопичують і вивільняють тепло у відповідь на зміни температури, а також надлегкі матеріали.

Теплопровідність являє собою прямий потік тепла від теплого тіла до холодного оточення. Взимку вся ця втрата тепла змушує відчувати холод. Ізоляція протидіє теплопровідності, затримуючи повітря в павутині крихітних кишень, сповільнюючи втечу тепла. Високий пух створює об'ємні пухнасті скупчення пір'я, які формують наповнення всередині куртки. У поєднанні з сучасними синтетичними волокнами пух нерухомо утримує тепле повітря та сповільнює його вихід. Нові типи тканин, насичені високопористими надлегкими матеріалами під назвою аерогелі, упаковують ще більше ізоляції в дивовижно тонкі шари.

Якісна зимова куртка повинна бути здатною протистояти вітру, який може зруйнувати тонкий шар теплого повітря, що природно утворюється навколо тіла. Куртка з надійною зовнішньою оболонкою ефективно блокує вітер завдяки щільній тканині, яка зберігає тепло всередині. Деякі моделі також оснащені водонепроникним і вітронепроникним шаром, а їхній текстильний візерунок забезпечує герметичність, запобігаючи втраті тепла через манжети, низи, вентиляційні отвори та коміри.

Зовнішня мембранна оболонка багатьох курток є водонепроникною та дихаючою одночасно. Вона зупиняє дощ та сніг, не пропускаючи їх всередину, а також дозволяє поту виходити у вигляді водяної пари. Ця особливість є ключовою, оскільки ізоляція, така як пух, перестає працювати, якщо намокає. Вона втрачає свою пухнастість та не може затримувати повітря, що означає швидке охолодження.

Навіть у спокійному повітрі тіло втрачає тепло, випускаючи невидимі хвилі теплової енергії. Сучасні куртки вирішують цю задачу, впроваджуючи інноваційні тканини та технології, які змушують внутрішню поверхню одягу відбивати тепло назад до тіла. Деякі підкладки мають мікроточковий візерунок: відбивні точки повертають тепло назад, а проміжки між ними дозволяють матеріалу дихати, сприяючи виходу поту. Інший підхід полягає у перенесенні цієї технології на зовнішню частину одягу. Деякі моделі оснащені відбивними матеріалами на зовнішній оболонці, що допомагає утримувати тепло, не дозволяючи йому виходити в холодне повітря.

Вчені займаються розробкою текстилю, що відповідає екологічним умовам. Ці матеріали здатні відкривати мікроскопічні вентиляційні отвори при підвищеній вологості, а в сухому та холодному середовищі знову їх закривати. Також існують підкладки, які краще відбивають тепло під яскравим сонячним світлом і менш ефективно в темряві, а також наповнювачі, які на вулиці роздуваються в холоді, а в приміщенні – зменшуються в об'ємі.