ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ Гимазов Марат Айратович, Якупова Лилия

ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ
Гимазов Марат Айратович, Якупова Лилия Венеровна
Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение
Стерлитамакский химико-технологический колледж
г.Стерлитамак, Республика Башкортостан, Россия
THERMAL EQUILIBRIUM
Gimazov Marat Ayratovich, Yakupov Lily Venerovna
State budget professional educational institutions
Sterlitamak Chemical Technology College
Sterlitamak, Republic of Bashkortostan, Russia
Живая система, как и любая иная природная система, подчиняется законам
термодинамики. Любые функционирующие организмы обязательно являются
неизолированными, открытыми термодинамическими системами. Если система далека от
термодинамического равновесия и содержит множество флуктуирующих подсистем, то
она является так же неравновесной. Если потоки вещества и энергии постоянны, то в этом
случае неравновесное состояние стационарно, оно не изменяется со временем динамическое равновесие.
В живой системе реализуется механизм самоуправления и самоорганизации на
основе непрерывного обмена информацией с внешней средой. Самоорганизация – это
процесс создания, поддержания и совершенствования сложной системы без
управляющего вмешательства извне. Самоорганизация и самоуправление в живой системе
невозможны без информационных связей между ее элементами, осуществляемыми через
механизм управления.
Положительные обратные связи играют роль «усилителей» процессов
жизнедеятельности. Отрицательные обратные связи, наоборот, служат для поддержания
стабильной ситуации в живой системе.
Цель:
- изучить условия теплового равновесия организма человека и животных.
Задачи:
- изучить анатомию человека, при изменении температуры внешней среды;
- изучить тепловое равновесие человека;
- рассмотреть факторы, влияющие на количество теплоты помещений.
Актуальность работы заключается в изучении:
- изменений в организме при повышении или понижении температуры
окружающей среды;
- факторов, влияющих на обеспечение теплового равновесия организма.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Температура тела человека и высших животных поддерживается на относительно
постоянном уровне, несмотря на колебания температуры окружающей среды.
Температура органов и тканей, как и всего организма в целом, зависит от
интенсивности образования тепла и величины теплопотерь.
Теплообразование происходит вследствие непрерывно совершающихся
экзотермических реакций. Эти реакции протекают во всех органах и тканях, но
неодинаково интенсивно. В тканях и органах, производящих активную работу, — в
мышечной ткани, печени, почках выделяется большее количество тепла, чем в менее
активных — соединительной ткани, костях, хрящах.
Потеря тепла органами и тканями зависит в большой степени от их
месторасположения: поверхностно расположенные органы, например кожа, скелетные
мышцы, отдают больше тепла и охлаждаются сильнее, чем внутренние органы, более
защищенные от охлаждения.
Постоянство температуры тела может сохраняться лишь при условии равенства
теплообразования и теплопотери всего организма (рисунок 1). Это достигается с помощью
физиологических механизмов терморегуляции. Терморегуляция проявляется в форме
взаимосочетания процессов теплообразования и теплоотдачи, регулируемых
нейроэндокринными механизмами.
На холоде кровеносные сосуды кожи сужаются. Поверхностные слои кожи,
получая меньше теплой крови, излучают меньше тепла — теплоотдача уменьшается. При
сильном охлаждении кожи, уменьшается количество крови, поступающей в капилляры, и
тем самым препятствует теплоотдаче.
При повышении температуры окружающей среды сосуды кожи расширяются,
количество циркулирующей в них крови увеличивается. Возрастает также объем
циркулирующей крови во всем организме вследствие перехода воды из тканей в сосуды, а
также потому, что селезенка выбрасывает в общий кровоток дополнительное количество
крови. Увеличение количества крови, циркулирующей через сосуды поверхности тела,
способствует теплоотдаче с помощью радиации и конвекции.
Испарение воды зависит от относительной влажности воздуха. В насыщенном
водяными парами воздухе вода испаряться не может. Поэтому при высокой влажности
атмосферного воздуха высокая температура переносится тяжелее, чем при низкой
влажности.
Рисунок 1
В насыщенном водяными парами воздухе пот выделяется в большом количества,
но не испаряется и стекает с кожи. Такое потоотделение не способствует отдаче тепла:
только та часть пота, которая испаряется с поверхности кожи, имеет значение для
теплоотдачи (эта часть пота составляет эффективное потоотделение).
Постоянство температуры тела объясняется наличием относительного теплового
равновесия организма, то есть полным соответствием между образованием тепла и его
отдачей во внешнюю среду, или следствием сбалансированного прихода и расхода тепла
(рисунок 2).
Рисунок 2- Температурные зоны тела
а)при комнатной температуре 200С;
б)при комнатной температуре 350С
Частицы любого тела — атомы или молекулы — совершают хаотическое
непрекращающееся движение (так называемое тепловое движение). Поэтому каждая
частица обладает некоторой кинетической энергией и вся система частиц данного тела
обладает ещё и потенциальной энергией (рисунок 3). Кинетическая энергия теплового
движения частиц и потенциальная энергия их взаимодействия вместе образуют новый вид
энергии, не сводящийся к механической энергии тела (т. е. кинетической энергии
движения тела как целого и потенциальной энергии его взаимодействия с другими
телами).
Рисунок 3
Изменениям температуры воздуха сразу отвечают изменения в биохимических
процессах, протекающих в клетках, что обусловливает определенные размеры выработки
тепла в организме и отдачу его в окружающую среду для поддержания температуры
внутренних органов на нужном уровне. Часть химической энергии, содержащейся в пище,
превращается в теплоту, благодаря чему температура тела поддерживается вблизи 37
градусов Цельсия.
Для функционировании организма, люди вынуждены расходовать много энергии
на обогрев жилых и производственных помещений зимой и на охлаждение их летом.
Значительное влияние на организм человека оказывает температура ,
относительная влажность воздуха, ионный состав воздуха и скорость движения воздуха.
Наиболее интенсивное теплообразование в организме происходит в мышцах.
Q т..п + Q т.н = Q рад+Qконв+Qконд+Q исп.д+Q исп.дых+Q исп.п+Q дых.п+Q т.с
где Qт..п – теплопродукция человека;
Qт.н - внешняя тепловая нагрузка (например, вследствие солнечной радиации);
Qрад – потери тепла радиацией;
Qконв - потери тепла конвекцией;
Qконд - потери тепла кондукцией;
Qисп.д - потери тепла испарением диффузионной влаги с поверхности кожи;
Qисп.дых - потери тепла испарением влаги с верхних дыхательных путей;
Qисп.п - потери тепла испарением выделяемого пота;
Qдых.п - потери тепла вследствие нагревания вдыхаемого воздуха;
Qт.с – изменение теплосодержания организма относительно его комфортного
уровня (дефицит или накопление тепла в организме)
Средняя температура тела около 36,5 °С зависит от степени нарушения теплового
баланса и уровня энергозатрат при выполнении физической работы. При выполнении
работы средней тяжести и тяжелой при высокой температуре воздуха она может
повышаться от нескольких десятых градуса до 1...2 °С. Наивысшая температура
внутренних органов, которую выдерживает человек, составляет 43 °С, минимальная – 25
°С.
Удельное количество теплоты, подводимое к телу или отводимое от него
q= c (T2-T1),
где с- средняя удельная массовая теплоемкость;
T1 – начальная температура тела;
T2 - конечная температура тела.
Большую часть времени человек проводит в помещении, как в рабочее время, так
и во время отдыха в любое время года. (Приложение А). Теплопроводность строительных
материалов зависит от толщины стенки, коэффициента теплопроводности материала
стенки (Приложение Б) и других факторов.
Передача тепла теплопроводностью через:
- однослойную стенку, определяется по закону Фурье:
Q=λ
t1 − t2
δ
F,
где Q- теплой поток;
t1 и t2 –температура поверхности стенки;
λ - коэффициент теплопроводности материала стенки;
δ - толщина стенки;
F- площадь стенки;
- для многослойной стенки:
Q=λ
t1 − tп +1
δ1 δ 2
δ
+ + ... + п
λ1 λ2
λп
F
Для поддержания оптимальных параметров воздуха, удаления примесей,
устранения неприятных запахов, обеспечения чистоты и нормального ионного режима
воздуха — важные условия создания комфортного микроклимата в жилых помещениях
вынужденной конвекцией с помощью кондиционеров, сплинт-систем,
электротепловентилятором. Нагрев воздуха помещений естественной конвекцией
осуществляется такими электрооборудованиями, как электроконвекторы,
электрорадиаторы и др..
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тепловое самочувствие человека, или тепловой баланс в системе человек – среда
обитания зависит от температуры среды, подвижности и относительной влажности
воздуха, атмосферного давления, температуры окружающих предметов и интенсивности
физической нагрузки
Жизненная энергия — эта энергия, которая пронизывает и наполняет все
клеточки и атомы нашего организма, объединяя их в единое целое, в единый целостный
организм, заставляя мельчайшие частицы этого организма вибрировать на своей частоте,
соединяясь, в конечном итоге, в один мощнейший природный поглотитель и излучатель
энергии
Вечное стремление человека к теплу заставило: шить одежду, строить дома,
обогревать помещения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Скибин Г.М. Гидравлика, пневматика и термодинамика.- М.: Наука,2008.320с.
2.Комаров А.И., Олехнович Л.Б. Концепции современного естествознания.- М.:
Наука,2004.160с.
3. Чернов А.В., Бессребренников Н.К., Силицкий В.С.Основы гидравлики и
теплотехники- М.: «Энергия», 1975. 416с.
Интернет – ресурсы:
1. http://www.dendrit.ru/page/show/mnemonick/teplovoy-balans-i-regulyaciyatemperatur/
2. http://sportwiki.to/
3. http://www.gennadiy-dolzhenko.ru/tourism_studies/articles/34-klimat-i-teplovoybalans-tela-cheloveka.html
4. http://bgd.alpud.ru/_private/pr_mk/V_2_A_tepl_balans.htm
5.http://samopoznanie.ru/articles/zhiznennaya_energiya__gde_ejo_vzyat/
6.http://audioveda.ru/audio?id=261#topofpage
7.http://sdelkassoboi.com/zhiznennaya-energiya-cheloveka-vospolnenie8.http://www.therapy.by/articles/metodi_povisheniya_vnutrenney_energii_chelovek
9. http://www.glossary.ru/
10.http://av-physics.narod.ru/molecule/thermal-balance.htm
11.http://frutmrut.ru/teplovoe-ravnoevesie
12.http://easy-physic.ru/teplovoe-ravnovesie/
13.https://ru.wikipedia.org
14.http://mathus.ru/phys/u.pdf
15.educationalelectronicsusa.com
16.beodom.com.
17.http://znanija.com/task/6688118
18.http://www.physics.ru/
19.http://ispu.ru/files/u2/book2/TD1_19-06/ttd4-1-1.htm
20.http://physflash.narod.ru/Search/thermodynamics/12.htm
Приложение А
Таблица 1 – Расчетные параметры наружного воздуха
Температура, С0
Город
среднегодовая
Расчетная летняя
Расчетная зимняя
Уфа
2,8
32
-29
Оренбург
3,9
34
-29
Екатеринбург
1,2
30
-31
Приложение Б
Таблица 2 – Коэффициента теплопроводности некоторых материалов
Строительные материалы
λ ,Вт/м К
- Бетон
1,3
- Кирпич красный
0,75
- Кирпич огнеупорный
0,8-1,7
- Дерево вдоль волокон
0,35-0,7
- Дерево поперек волокон
0,14-0,2
- Стекло
0,75
- Штукатурка
0,7-0,9