बाल हमें गर्म मौसम में ठंडा रखने में मदद करते हैं, इन्फ्रारेड अध्ययन से पता चलता है - फिजिक्स वर्ल्ड

गर्म मौसम में बाल सिर को ठंडक देते हैं, जबकि ठंड में सिर को गर्म रखते हैं - एक नए अध्ययन के अनुसार मानव बाल अवरक्त विकिरण के साथ कैसे संपर्क करते हैं। यह शोध दक्षिण कोरिया के वैज्ञानिकों द्वारा किया गया था, जिन्हें उम्मीद है कि उनका काम अनुकूलित विकिरण गुणों के साथ नए वस्त्रों के विकास को प्रेरित करेगा।

एक सामान्य मानव के द्रव्यमान का केवल 2% होने के बावजूद, सिर शरीर के चयापचय द्वारा जलायी गयी ऊर्जा का लगभग 20% उपभोग करता है। सिर की त्वचा का तापमान शरीर के अन्य हिस्सों की तुलना में 2 डिग्री सेल्सियस से अधिक गर्म हो सकता है, इसलिए अच्छा थर्मल प्रबंधन महत्वपूर्ण है - खासकर जब सूरज खोपड़ी पर पड़ रहा हो।

सिर को हानिकारक सौर विकिरण और ठंड दोनों से बचाने के लिए बाल एक विकासवादी अनुकूलन है। पहली नज़र में ऐसा लग सकता है कि इस सुरक्षा की कीमत खोपड़ी से गर्मी उत्सर्जित करके गर्म दिनों में सिर को ठंडा रखने की शरीर की क्षमता की एक सीमा है।

विकिरण गुण

हालाँकि, अब, सामग्री वैज्ञानिक गुनवू किम और उनके सहकर्मी कोरिया औद्योगिक प्रौद्योगिकी संस्थान येओंगचेओन में बालों के विकिरण गुणों की जांच करके इस दृष्टिकोण को चुनौती दी गई है। बालों के इन्फ्रारेड गुणों के बारे में जानकारी प्राप्त करने के साथ-साथ, टीम ने यह भी अध्ययन किया है कि वे विभिन्न परिवेश के तापमानों पर खोपड़ी की गर्मी और ठंडक को कैसे प्रभावित करते हैं।

बालों में तीन रेडियल परतें होती हैं जिनमें से मध्य परत (कॉर्टेक्स) अब तक की सबसे मोटी होती है। कॉर्टेक्स में मुख्य रूप से प्रोटीन केराटिन और एयर पॉकेट्स से बने गुंथे हुए बंडल होते हैं जो बालों को इसकी ताकत जैसे यांत्रिक गुण प्रदान करते हैं। बाहरी परत को क्यूटिकल कहा जाता है, जिसमें छत की टाइलों की तरह ओवरलैपिंग करने वाली पतली, सपाट कोशिकाओं की कई परतें शामिल होती हैं।

बालों (और त्वचा) में सौर विकिरण का मुख्य अवशोषक वर्णक मेलेनिन है। यह छल्ले वाले कार्बनिक अमीनो एसिड का बहुलक है जो निकट-अवरक्त और पराबैंगनी के बीच विकिरण के व्यापक स्पेक्ट्रम को अवशोषित करता है।

बाल मॉडल

किम के समूह ने जांच की कि कैसे बालों के भौतिक और रासायनिक गुण मिलकर इसकी अवशोषण क्षमता (जो कि किरचॉफ के थर्मल विकिरण के नियम के अनुसार इसकी उत्सर्जन क्षमता है), परावर्तनशीलता और विभिन्न तरंग दैर्ध्य पर संचरण को प्रभावित करते हैं। यह गणितीय मॉडल का उपयोग करके और स्थानीय सैलून से प्राप्त काले बालों (जो मेलेनिन में समृद्ध है) पर प्रयोग करके किया गया था।

उन्होंने पाया कि बालों के नमूनों ने 80 माइक्रोन की अवरक्त तरंग दैर्ध्य पर लगभग 1% आपतित प्रकाश को अवशोषित किया, जो सौर चमक में अधिकतम तीव्रता तरंग दैर्ध्य है। टीम ने उन बालों के नमूनों का भी अध्ययन किया जिनमें ब्लीचिंग द्वारा मेलेनिन को हटा दिया गया था। इन नमूनों में, अवशोषण लगभग 40% था। टीम ने 10 माइक्रोन पर अवरक्त प्रकाश के लिए अपना माप दोहराया, जो सूर्य के प्रकाश का एक महत्वपूर्ण घटक नहीं है। मेलेनिन को ब्लीच करने के बाद उन्होंने पाया कि इस तरंग दैर्ध्य पर अवशोषण (और उत्सर्जन) लगभग 90% रहा। ऐसा इसलिए है क्योंकि इस तरंग दैर्ध्य पर विकिरण का अवशोषण काफी हद तक मेलेनिन - केराटिन जैसे अणुओं के अलावा अन्य अणुओं में रासायनिक बंधनों के कारण होता है।

इसके बाद, शोधकर्ताओं ने बालों को पानी में भिगोया। उन्होंने पाया कि अवशोषित सौर-तरंग दैर्ध्य विकिरण का अनुपात काफी कम हो गया, जबकि 10 माइक्रोन पर अवशोषित विकिरण का अनुपात अपेक्षाकृत अप्रभावित था।

बिखरे हुए छिद्र

किम कहते हैं, "मानव बालों में लगभग 1 माइक्रोमीटर के छिद्र होते हैं," वे छिद्र निकट-अवरक्त क्षेत्र में बिखरने के लिए बहुत विशिष्ट होते हैं... सौर विकिरण को पूरी तरह से अवरुद्ध करने के लिए हमें बालों की एक बड़ी लंबाई की आवश्यकता होती है: लेकिन अगर हम विकिरण को अंदर बिखेरते हैं सामग्री की इतनी मात्रा की आवश्यकता के बिना हम विकिरण को पूरी तरह से रोक सकते हैं।"

छिद्रों और किनारों को पानी से भरने से अपवर्तक सूचकांक में अचानक बदलाव को रोका गया और इस तरह बालों में निकट-अवरक्त विकिरण की पथ लंबाई बढ़ाने के लिए आवश्यक बिखराव कम हो गया। लंबी तरंग दैर्ध्य पर मानव शरीर द्वारा गर्मी के रूप में उत्सर्जित होने की संभावना है, हालांकि, तरंगें बिखरी नहीं थीं बल्कि अवशोषित और पुन: उत्सर्जित हुईं। टीम ने 10 माइक्रोन विकिरण का अध्ययन करना चुना क्योंकि यह वायुमंडलीय "पारदर्शिता विंडो" के केंद्र में है। किम कहते हैं, "हम इस घटना को विकिरणीय शीतलन कहते हैं क्योंकि हम इस विकिरण को अंतरिक्ष में आसानी से उत्सर्जित कर सकते हैं।"

ध्रुवीय भालू का फर सौर-तापीय वस्त्रों को प्रेरित करता है

इसके बाद शोधकर्ताओं ने क्षेत्रीय परीक्षण किए। उन्होंने पाया कि, ठंडे दिन में, बालों से ढकी कृत्रिम त्वचा का एक नमूना नंगी त्वचा की तुलना में अधिक गर्म निकला। हालाँकि, गर्म दिन में, बालों से ढकी कृत्रिम त्वचा ठंडी बनी रही। शोधकर्ता अब एक में उल्लिखित सिद्धांतों के आधार पर जैव-प्रेरित वस्त्र विकसित करना चाह रहे हैं अनुसंधान का वर्णन करने वाला पेपर in राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी की कार्यवाही।

लुइस रुइज़ पेस्टाना अमेरिका में मियामी विश्वविद्यालय में नैनोसंरचित सामग्रियों के मॉडलिंग में विशेषज्ञ हैं। उन्होंने बताया भौतिकी की दुनिया  कि ये नतीजे प्रभावशाली भी हैं और हैरान करने वाले भी।

"वास्तव में अनोखी बात यह नहीं है कि आप यूवी प्रकाश को अवशोषित करते हैं, बल्कि यह है कि बाल इन्फ्रारेड में उत्सर्जित करने में वास्तव में अच्छे लगते हैं," वे कहते हैं; "तो मूल रूप से आपको वह यूवी प्रकाश मिलता है, आप इसे अवशोषित करते हैं, और आप इसे इन्फ्रारेड स्पेक्ट्रम में छोड़ देते हैं।"

हालाँकि, वह ठंडे तापमान के व्यवहार से हैरान है, जिसके लिए शोधकर्ता डेटा प्रदान करते हैं लेकिन बहुत कम स्पष्टीकरण देते हैं: "मुझे बिल्कुल समझ में नहीं आया (कैसे) बालों की वास्तुकला अवरक्त को त्वचा और वातावरण के बीच फंसे रहने की अनुमति देती है," वह कहते हैं, "तो पहला भाग बहुत स्पष्ट है, दूसरा भाग इतना स्पष्ट नहीं है।"

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• स्रोत: https://physicsworld.com/a/hair-helps-keep-us-cool-in-hot-weather-infrared-study-reveals/