¡Has hecho una buena pregunta con mucha física linda detrás!
“Aislar” es la falta de capacidad para conducir calor (que es lo mismo que conducir frío, excepto que el calor se mueve en la dirección opuesta). Por lo tanto, para determinar qué tan bien aisla algo, debe estudiar cuánta conducción de calor está teniendo lugar.
Si miras muy de cerca algo que está hecho de lana, verás que es aproximadamente un 10% de fibra de lana (íntimamente enredada entre sí) y un 90% de aire (en los espacios entre las fibras).
Miremos el aire primero. El aire puede calentarse y luego alejarse, llevándose el calor. Sin embargo, tiene una gran dificultad para moverse a través de una jungla apretada de fibras, por lo que casi no se mueve en absoluto, por lo que no transporta mucho calor.
Ahora echemos un vistazo a las fibras. Cada fibra conduce calor, pero cambian continuamente de dirección, por lo que no son muy buenas para transportar energía térmica a través del textil. Si tiene calor y realmente quiere progresar a través del textil, necesitaría seguir bajando de la fibra que ha estado moviendo cuando comienza a girar en la dirección incorrecta, y llegar a una fibra vecina que parece podría llevarte a donde quieres ir. Hay dos grandes inconvenientes para esto: uno es que la nueva fibra también se desviará en una dirección irrelevante antes de llevarte muy lejos, el otro es que solo tienen contacto de vez en cuando, y cuando lo hacen es solo en un punto pequeño, por lo que la transferencia de calor de una fibra a una vecina es muy ineficiente. Es un laberinto con obstrucciones y te tomará mucho tiempo salir al otro lado.
¡Pero su piel puede irradiar energía térmica a la velocidad de la luz! Claro, pero un rayo de energía infrarroja no va a llegar muy lejos antes de golpear una fibra. Aquí hay una simulación de una disposición de fibra aleatoria con 90% de aire.
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En promedio, un rayo tendrá aproximadamente tres diámetros de fibra, digamos 4 milésimas de pulgada (0.1 mm) antes de golpear una fibra. Cuando lo hace, esa fibra se calienta localmente y re-irradia la energía, pero en todas las direcciones. Una cuarta parte regresa hacia su piel, la mitad va de lado y no se aleja de usted, y solo una cuarta parte se mueve hacia adelante, donde colisiona rápidamente con una nueva fibra. Entonces, después de un solo milímetro, la radiación se reduce a un cuarto elevado a la potencia de diez, una millonésima parte de su energía original. No es tan simple como esto, pero solo quiero que entiendas la idea general. ¡La radiación no es una solución efectiva de transporte de calor en una densa jungla de fibras!
Entonces, sí, los zapatos de lana definitivamente serán muy ineficientes para permitirle tener los pies fríos. Las botas de lana de fieltro se han usado tradicionalmente en la nieve en las partes norteñas de Finlandia y Suecia, principalmente por debajo de 10 ° F / -10 ° C cuando toda el agua está en estado sólido.
¿Pero qué pasa si tu calzado de lana se moja? Normalmente, los textiles se convierten en excelentes conductores de calor cuando se mojan. Dos razones: una es que tienden a adquirir una película de agua a lo largo de cada fibra, y el agua es un conductor térmico mucho mejor que la mayoría de las fibras textiles. La otra es que el agua es captada por capilaridad hacia los lugares donde se unen las fibras, formando excelentes atajos térmicos entre las fibras. El transporte de calor de repente se vuelve extremadamente efectivo. ¡No use jeans mojados en la nieve, amigos!
Pero, ¿y si el textil está hecho de lana? ¡Ahora se pone muy lindo! La superficie de cada fibra de lana es repelente al agua, incluso después de haber eliminado toda la grasa de lana. Por lo tanto, no hay una película de agua a lo largo de cada fibra, solo gotas dispersas sin contacto entre ellas y solo un contacto mínimo con la fibra. No solo eso: las fibras de lana tienen escamas con bordes bastante abruptos.
¿Alguna vez ha derramado una bebida sobre una mesa y ha visto cómo corre hasta el borde pero no lo pasa? Eso es lo que sucede en los bordes de la escala. Incluso si el agua intenta moverse a lo largo de la fibra, se detendrá cuando llegue a uno de estos bordes. Lo que va a suceder cada milésima de pulgada / 25 µm. Y absolutamente no se acumulará en los lugares estrechos entre las fibras cercanas, será repelido desde esos lugares.
Entonces, incluso si su prenda de lana se moja, seguirá siendo un aislante sorprendentemente bueno, como señala Michel Verheughe, los pescadores noruegos lo han sabido durante cientos de años.
Y finalmente: los pies transpiran más que la mayoría de las otras partes de la piel, por lo que dentro de tus zapatos tus calcetines pueden mojarse realmente incluso si no hay fugas de agua desde el exterior. Aquí es donde la lana realmente se destaca, porque los textiles de lana, como los zapatos de lana, permiten que el vapor de humedad de la piel pase directamente al exterior en lugar de condensarse en el interior y humedecer los calcetines.
Y no solo eso: a medida que el aire húmedo del interior o del exterior aumenta la humedad de las proteínas dentro de la lana, se forman enlaces de electrones que liberan energía y te ayudan a mantenerte caliente. Es un préstamo de energía: cuando el contenido de humedad de la fibra de lana disminuye nuevamente, la energía tiene que ser devuelta. ¡Pero eso no sucederá hasta que el aire esté cálido y seco, y en esas condiciones usted puede pagar el préstamo!