Hő fizika I testhőmérséklet és izzadás; Sárkányok élnek itt
Még akkor is, ha ma kissé hűvösebb van - az elmúlt napok jó ok arra, hogy elgondolkodjunk azon, hogy miért melegedünk fel annyira, amikor 30 vagy 35 fok felett van, és mi áll a fizika mögött.
Eleinte azt gondolhatja, hogy a 35 ° C körüli hőmérsékletnek ideálisnak kell lennie számunkra - elvégre ez megfelel a testhőmérsékletünknek. (Ebben a szövegben elsősorban a becslésekkel foglalkozom - ezért nem teszek különösebb különbséget a 35 ° C és a 37 ° C között; emellett a testhőmérsékletünk amúgy sem mindenhol azonos. A 32-35 ° C ésszerűen hasznos értékek a testfelület szempontjából.) tehát ezen a hőmérsékleten tökéletesen hőháztartásban kell lennünk a környezettel.
Természetesen nem ez a helyzet, mert folyamatosan fogyasztjuk az energiát. Az ember nyugalmi anyagcseréje napi 2000 kalória körül van - de légy óvatos: Amit a mindennapi életben általában „kalóriának” nevezünk, az valójában kilokalória: 1kcal = 1000cal.
A kilokalória az a hőmennyiség, amely egy kilogramm víz egy fokkal történő felmelegítéséhez szükséges (bár ez némileg pontatlan definíció, mert a víz hőkapacitása, vagyis az a hőmennyiség, amely egy fok fűtéséhez szükséges, önmagában kevés a hőmérséklettől függ - de mint mondtam, az ilyen finomságok egyáltalán nem érdekelhetnek ma, csak néhány számmal zsonglőrködöm). 2000 kcal-val egy teljes 2000 kilogramm vizet tud fűteni egy fokkal, vagy 1000 kilogramm vizet két fokkal, vagy 65 kilogrammot (kb. A testtömegem) valamivel több, mint 30 fokkal.
Láthatja, miért nem érzem magam különösebben kényelmesen 35 fokon anélkül, hogy megszabadulnék minden hőtől - a testem annyi hőt termelne csak az alapanyagcsere miatt, vagyis csak azért, hogy folyamatosan működjön, hogy a testhőmérsékletem óránként emelkedjen körülbelül 1 fokkal nőne. Tehát 3-4 óra múlva extrém lázas vagyok, kicsit később valószínűleg vége lesz. Tehát nem meglepő, hogy 35 fokon izzadok. (Inkább izzadni egy pillanat alatt.)
Már nem izzadok, ha kicsit hűvösebb. Valahol (azt hiszem, Hoymar von Dithfurth „Querschnitte” című nagyszerű könyvében volt) egyszer olvastam, hogy egy pihenő, ruházat nélküli, körülbelül 30 fokos külső hőmérsékletű ember annyi hőt juttat el a bőrön, hogy se nem fagy meg, se nem izzad. Ezt a hőmérsékleti értéket természetesen nem nagyon határozzák meg egyértelműen, mert olyan trükkökkel alkalmazhatjuk a bőr alatti vagy végtagi erek kiszélesítését, hogy befolyásoljuk a bőrünk felületi hőmérsékletét és ezáltal a hő áramlását a külső részre. Ezen felül természetesen szerepet játszik a levegő mozgása is - amint szeles, több hő eloszlik, mert a meleg levegő gyorsabban szállítja el a bőrt.
Tehát: Egyszerűsítsük azt a feltételezést, hogy 35 ° C-os bőrhőmérséklet és 30 ° C-os környezeti hőmérséklet mellett jól érezzük magunkat, és hogy a hő kiáramlása pontosan megfelel a test hőtermelésének. Egyébként másodpercekre és SI-egységekre átszámítva ez majdnem pontosan 100 W - az ember annyi hőt bocsát ki, mint egy fényes izzólámpa (ami egyébként azt is megmagyarázza, hogy a kis helyiségekben rendezett bulikban miért hamar elég meleg lesz). A hőáram most 100W - másodpercenként 100 joule hőenergiát termelünk, amely kifelé áramlik.
A test és a környező közeg közötti hőáram arányos a hőmérséklet-különbséggel. Tehát, ha csak 2,5 ° C-kal emeljük a külső hőmérsékletet, akkor a hőmérséklet-különbség 5 ° C helyett csak 2,5 ° C - a hőáram feleződik, és lassan izzadsággal dolgozunk a további hő eloszlásához. Ezzel szemben, ha a külső hőmérsékletet 25 ° C-ra csökkentjük, a hőáram most 200 W - mivel csak 100 W hőteljesítményt állítunk elő, lassan lehűlünk, és szívesebben töltünk fel egy kicsit. (Figyelem: A test hőjének nagy része a sugárzás révén is elvész, de kis hőmérsékleti gradiensek mellett itt is érvényes, hogy a hőtranszport arányos a hőmérséklet-különbséggel.)