Home » Misc » Способы теплоотдачи

Способы теплоотдачи


2) Теплоотдача. Способы отдачи тепла с поверхности тела. Физиологические механизмы теплоотдачи.

МЕХАНИЗМЫ ТЕПЛООТДАЧИ

Основная масса тепла образует-ся во внутренних органах. Поэтому внутренний поток тепла для удале-ния из организма должен подойти к коже. Перенос тепла от внутренних органов осуществляется за счет теплопроведения (таким способом пе-реносится менее 50% тепла) и кон-векции, т. е. тепломассапереноса. Кровь в силу своей высокой тепло-емкости является хорошим провод-ником тепла.

Второй поток тепла -- это поток, направленный от кожи в среду. Его называют наружным потоком. Рас-сматривая механизмы теплоотдачи, обычно имеют ввиду именно этот поток.

Отдача тепла в среду осуществ-ляется с помощью 4 основных меха-низмов:

1)испарения;

2)теплопроведения;

3)теплоизлучения;

4)конвекции.

Вклад каждого механизма в теплоотдачу определяется состоянием среды и скоро-стью продукции тепла в организме. В условиях температурного комфорта основная масса тепла отдается за счет теплопроведения, теплоизлучения и конвекции и лишь 19--20% -- с помощью испарения. При высокой температуре среды до 75--90% тепла отдается за счет испарения.

Теплопроведение -- это способ отдачи тепла телу, которое непосредственно контакти-рует с телом человека. Чем ниже температура этого тела, чем выше температурный гради-ент, тем выше скорость потери тепла за счет этого механизма. Обычно этот способ отдачи тепла ограничен одеждой и воздушной прослойкой, которые являются хорошими изолято-рами тепла, а также подкожным жировым слоем. Чем толще этот слой, тем меньше вероят-ность передачи тепла к холодному телу.

Теплоизлучение -- отдача тепла с участков кожи, не прикрытых одеждой. Происходит путем длинноволнового инфракрасного излучения, поэтому такой вид теплоотдачи еще называют радиационной теплоотдачей. В условиях температурного комфорта за счет этого механизма отдается до 60% тепла. Эффективность теплоизлучения зависит от градиента температуры (чем он выше, тем больше тепла отдается), от площади, с которой происходит излучение, от числа объектов, находящихся в среде, которые поглощают инфракрасные лучи.

Конвекция. Воздух, соприкасающийся с кожей, нагревается и поднимается, его место занимает «холодная» порция воздуха и т. д. Таким способом -- за счет тепломассапереноса отдается в условиях температурного комфорта до 15% тепла.

Во всех перечисленных механизмах большую роль играет кожный кровоток: когда его интенсивность возрастает за счет снижения тонуса гладкомышечных клеток артериол и закрытия артериовенозных шунтов -- отдача тепла существенно возрастает. Этому также способствует увели-чение объема циркулирующей крови: чем больше его значение, тем выше возможность переноса тепла в среду. На холоде происходят противоположные процессы -- уменьшается кожный кровоток, в том числе за счет прямого переброса артериальной крови из артерий в вены, минуя капилляры, уменьшается объем циркулирующей крови, меняется и поведенческая реакция: человек или жи-вотное инстинктивно занимает позу «калачиком», т. к. в этом случае площадь отдачи тепла уменьшается на 35%, у животных к этому добавляется и реакция -- «гусиная кожа» -- подъем волос кожи (пилоэрекция), что повышает ячеистость накожного покрова и снижает возможность отдачи тепла.

На долю кистей рук приходится небольшая часть поверхности тела -- всего 6%, но их кожей отдается до 60% тепла при помощи механизма сухой теплоотдачи (теплоизлучение, конвекция).

Испарение. Отдача тепла происходит за счет траты энергии (0,58 ккал на 1 мл воды) на испарение воды. Различают два вида испарения, или перспирации: неощущаемую и ощущаемую пер-спирацию.

а)неощущаемая перспирация -- это испарение воды со слизистых дыхательных путей и воды, которая просачивается через эпителий кожного покрова (тканевой жидкости). За сут-ки через дыхательные пути испаряется в норме до 400 мл воды, т. е. отдается 400x0,58ккал=232ккал/сутки. При необходимости эта величина может быть увеличена за счет так назы-ваемой тепловой одышки, которая обусловлена влиянием нейронов центра теплоотдачи на дыхательные нейроны ствола мозга.

В среднем за сутки через эпидермис просачивается около 240 мл воды. Следовательно, за счет этого отдается 240*0,58ккал=139ккал/сутки. Эта величина не зависит от процессов регуляции и различных факторов среды.

Оба вида неощущаемой перспирации за сутки позволяют отдать (400 + 240) * 0,58 = 371 ккал.

б)ощущаемая перспирация (отдача тепла путем испарения пота). В среднем за сутки при комфортной температуре среды выделяется 400--500 мл пота, следовательно, отдает-ся до 300 ккал. Однако при необходимости объем потоотделения может возрасти до 12 л/сутки, т. е. путем потоотделения можно отдать почти 7000 ккал в сутки. За час потовые железы могут продуцировать до 1,5 л, а по некоторым источникам -- до 3 л пота.

Эффективность испарения во многом зависит от среды: чем выше температура и ниже влажность воздуха (насыщенность воздуха водяными парами), тем выше эффективность потоотделения как механизма отдачи тепла. При 100% насыщения воздуха парами воды испарение невозможно.

125) Теплоотдача. Способы отдачи тепла с поверхности тела. Физиологические механизмы теплоотдачи и их регуляция

Теплопроводность осуществляется при непосредственном контакте тела с предметами (стул, кровать и т. д.). При этом скорость передачи тепла от более нагретого тела к менее нагретому предмету определяется температурным градиентом и их термопровиднистю. Отдача тепла этим путем значительно (в 14 раз) увеличивается при нахождении человека в воде. Частично путем проведения тепло передается от внутренних органов к поверхности тела. Но этот процесс тормозится вследствие низкой теплопроводности жира.

Теплопотери происходят следующим путем:

  1. Теплоизлучение — излучение с поверхности кожи и глубоколежащих органов и тканей длинноволновых невидимых инфракрасных лучей.

  2. Теплопроведение осуществляется путем прямого обмена теплом между 2 объектами с разной температурой (соприкосновение животных с холодным полом, стенами, ограждающими конструкциями).

  3. Конвекция — передача тепла воздуху, который окружает животное, создавая воздушную оболочку возле него.

  4. Испарение — это превращение пота в газообразное состояние. Тепло берется с поверхности кожи. Некоторая часть тепла удаляется с выделяемым воздухом.

Во всех перечисленных механизмах большую роль играет кожный кровоток: когда его интенсивность возрастает за счет снижения тонуса гладкомышечных клеток артериол и закрытия артериовенозных шунтов — отдача тепла существенно возрастает. Этому также способствует увели­чение объема циркулирующей крови: чем больше его значение, тем выше возможность переноса тепла в среду. На холоде происходят противоположные процессы — уменьшается кожный кровоток, в том числе за счет прямого переброса артериальной крови из артерий в вены, минуя капилляры, уменьшается объем циркулирующей крови, меняется и поведенческая реакция: человек или жи­вотное инстинктивно занимает позу «калачиком», т. к. в этом случае площадь отдачи тепла уменьшается на 35%, у животных к этому добавляется и реакция — «гусиная кожа» — подъем волос кожи (пилоэрекция), что повышает ячеистость накожного покрова и снижает возможность отдачи тепла.

Потовые железы состоят из концевой части, или тела, и потового протока, который от­крывается наружу потовой порой. По характеру секреции потовые железы делятся на эккриновые (мерокриновые) и апокриновые. Апокриновые железы локализуются, главным образом, в подмышечной впадине, в лобковой области, а также в области половых губ, промежности, околососковом круге молочной железы. Апокриновые железы секретируют жирное вещество, богатое органическими соединениями. Вопрос об их иннервации диску­тируется — одни утверждают, что она адренергическая симпатическая, другие считают, что она вообще отсутствует и продукция секрета зависит от гормонов мозгового вещества над­почечников (адреналина и норадреналина).

Видоизмененными апокриновыми железами являются ресничные железы, расположен­ные в веках у ресниц, а также железы, продуцирующие ушную серу в наружном слуховом проходе, и железы носа (преддверные железы). В испарении, однако, апокриновые железы не участвуют. Эккриновые, или мерокриновые, потовые железы расположены в коже почти всех областей тела. Всего их более 2 млн. (хотя есть люди, у которых они почти полностью отсутствуют). Больше всего потовых желез на ладонях и подошвах (свыше 400 на 1 см2) и в коже лобка (около 300 на 1см2). Скорость потообразования, также как и включение в актив­ность потовых желез, в разных участках тела очень широко варьирует.

По химическому составу пот — это гипотонический раствор: он содержит 0,3% хлористо­го натрия (в крови — почти 0,9%), мочевину, глюкозу, аминокислоты, аммоний, малые коли­чества молочной кислоты. рН пота варьирует от 4,2 до 7, в среднем рН = 6. Удельный вес — 1,001—1,006. Так как пот — это гипотоническая среда, то при обильном потоотделении боль­ше теряется воды, чем солей, и в крови может происходить повышение осмотического давле­ния. Таким образом, обильное потоотделение чревато изменением водно-солевого обмена.

Потовые железы иннервируются симпатическими холинергическими волокнами — в их окончаниях выделяется ацетилхолин, который взаимодействует с М-холинорецепторами, повышая продукцию пота. Преганглионарные нейроны расположены в боковых столбах спин­ного мозга на уровне Th3—L2, а постганглионарные нейроны — в симпатическом стволе.

При необходимости повышения теплоотдачи путем потоиспарения происходит актива­ция нейронов коры, лимбической системы и, главным образом, гипоталамуса. От гипоталамических нейронов сигналы идут к нейронам спинного мозга и постепенно вовлекают раз­личные участки кожи в процесс потоотделения: вначале лицо, лоб, шею, потом — тулови­ще и конечности.

NWS JetStream - Передача тепловой энергии

Источником тепла для нашей планеты является Солнце. Энергия солнца передается через космос и через земную атмосферу на земную поверхность. Поскольку эта энергия нагревает поверхность земли и атмосферу, часть ее является или становится тепловой энергией. Существует три способа передачи тепла в атмосферу и через нее:

  • излучение
  • проводимость
  • конвекция

Радиация

Если вы стояли перед камином или возле костра, вы чувствовали передачу тепла, известную как излучение. Ближайшая к огню сторона вашего тела нагревается, в то время как другая сторона остается незатронутой жаром. Хотя вы окружены воздухом, воздух не имеет ничего общего с этой передачей тепла. Точно так же работают лампы накаливания, которые поддерживают температуру пищи. Радиация – это перенос тепловой энергии через пространство электромагнитным излучением.

Большая часть электромагнитного излучения, поступающего на Землю от Солнца, невидима. Только небольшая часть приходит как видимый свет. Свет состоит из волн разной частоты. Частота — это количество повторений события в течение заданного времени. В электромагнитном излучении его частота - это количество электромагнитных волн, проходящих мимо точки каждую секунду.

Наш мозг интерпретирует эти различные частоты в цвета, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Когда глаз видит все эти разные цвета одновременно, он интерпретируется как белый. Солнечные волны, которые мы не видим, — это инфракрасные волны, частота которых ниже, чем у красного, и ультрафиолетовые волны, частота которых выше, чем у фиолетового света. [подробнее об электромагнитном излучении] Именно инфракрасное излучение вызывает ощущение тепла в нашем теле.

Большая часть солнечной радиации поглощается атмосферой, и большая часть того, что достигает земной поверхности, излучается обратно в атмосферу, превращаясь в тепловую энергию. Объекты темного цвета, такие как асфальт, поглощают лучистую энергию быстрее, чем объекты светлого цвета. Однако они также излучают свою энергию быстрее, чем более светлые объекты.

Учебный урок: Тает в сумке, а не в руке

Теплопроводность

Теплопроводность — это передача тепловой энергии от одного вещества к другому или внутри вещества. Вы когда-нибудь оставляли металлическую ложку в кастрюле с супом, разогретым на плите? Через некоторое время ручка ложки станет горячей.

Это связано с передачей тепловой энергии от молекулы к молекуле или от атома к атому. Кроме того, когда объекты свариваются вместе, металл нагревается (оранжево-красное свечение) за счет передачи тепла от дуги.

Это называется теплопроводностью и является очень эффективным методом передачи тепла в металлах. Однако воздух плохо проводит тепло.

Конвекция

Конвекция — это передача тепловой энергии в жидкости. Этот тип нагрева чаще всего встречается на кухне с кипящей жидкостью.

Воздух в атмосфере действует как жидкость. Солнечные лучи падают на землю, нагревая скалы. По мере того, как температура породы повышается из-за теплопроводности, тепловая энергия выделяется в атмосферу, образуя воздушный пузырь, который теплее окружающего воздуха. Этот пузырь воздуха поднимается в атмосферу. По мере подъема пузырек остывает, а тепло, содержащееся в пузыре, уходит в атмосферу.

По мере подъема массы горячего воздуха воздух заменяется окружающим более холодным и плотным воздухом, который мы ощущаем как ветер. Эти движения воздушных масс могут быть небольшими в определенном регионе, например, локальными кучевыми облаками, или большими циклами в тропосфере, охватывающими большие участки земли. Конвекционные потоки ответственны за многие погодные условия в тропосфере.

Краткие факты

Не тепло, которое вы чувствуете, а ультрафиолетовое излучение солнца вызывает солнечные ожоги, которые приводят к раку кожи. Солнечное тепло не приводит к солнечному ожогу.

По данным Американской академии дерматологии, солнечный свет состоит из двух типов вредных лучей, достигающих земли: ультрафиолетовых лучей A (UVA) и ультрафиолетовых лучей B (UVB). Чрезмерное воздействие любого из них может привести к раку кожи. Каждый из этих лучей не только вызывает рак кожи, но и делает следующее:

  • Лучи UVA могут преждевременно состарить кожу, вызывая появление морщин и пигментных пятен, и могут проникать через оконное стекло.
  • Лучи UVB являются основной причиной солнечных ожогов и блокируются оконным стеклом.

Безопасного способа загорать не существует. Сюда входит излучение от искусственных источников, таких как солярии и солнечные лампы. Каждый раз, когда вы загораете, вы повреждаете кожу. По мере накопления этого повреждения вы ускоряете старение кожи и увеличиваете риск развития всех видов рака кожи.

Даже в пасмурные дни ультрафиолетовое излучение может проникать сквозь облака и вызывать солнечные ожоги, если вы достаточно долго находитесь на открытом воздухе.

5.6 Методы теплопередачи – теплопроводность, конвекция и излучение Введение – Колледж Дугласа, физика 1207

Глава 5 Температура, кинетическая теория и газовые законы

Резюме

  • Обсудите различные методы теплопередачи.

Не менее интересными, чем влияние теплопередачи на систему, являются методы, с помощью которых это происходит. Всякий раз, когда есть разница температур, происходит теплообмен. Теплопередача может происходить быстро, например, через кастрюлю для приготовления пищи, или медленно, например, через стенки ящика со льдом для пикника. Мы можем контролировать скорость теплопередачи, выбирая материалы (например, толстую шерстяную одежду для зимы), контролируя движение воздуха (например, используя уплотнитель вокруг дверей) или выбирая цвет (например, белая крыша, чтобы отражать лето). Солнечный лучик). С передачей тепла связано так много процессов, что трудно представить себе ситуацию, при которой передача тепла не происходит. Однако каждый процесс, связанный с передачей тепла, происходит только тремя способами:

  1. Теплопроводность — передача тепла через неподвижное вещество при физическом контакте. (Материя неподвижна в макроскопическом масштабе — мы знаем, что существует тепловое движение атомов и молекул при любой температуре выше абсолютного нуля.) Тепло, передаваемое между электрической горелкой плиты и дном кастрюли, передается теплопроводностью.
  2. Конвекция — это передача тепла макроскопическим движением жидкости. Этот тип переноса имеет место, например, в печи с принудительной подачей воздуха и в климатических системах.
  3. Теплопередача посредством излучения происходит при излучении или поглощении микроволн, инфракрасного излучения, видимого света или другого вида электромагнитного излучения.

    Learn more