ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ - Студенческий научный форум

VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ

 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
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.

Qт..п +Qт.н = Qрад+Qконв+Qконд+Q исп.д+Qисп.дых+Qисп.п+Qдых.п+Qт.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:

,

где Q- теплой поток;

t1 и t2 –температура поверхности стенки;

- коэффициент теплопроводности материала стенки;

- толщина стенки;

F- площадь стенки;

- для многослойной стенки:

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-regulyaciya-temperatur/

2. http://sportwiki.to/

3. http://www.gennadiy-dolzhenko.ru/tourism_studies/articles/34-klimat-i-teplovoy-balans-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-vospolnenie-

8.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

Город

Температура, С0

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

,Вт/м К

- Бетон

- Кирпич красный

- Кирпич огнеупорный

- Дерево вдоль волокон

- Дерево поперек волокон

- Стекло

- Штукатурка

1,3

0,75

0,8-1,7

0,35-0,7

0,14-0,2

0,75

0,7-0,9

Просмотров работы: 1057