Теплообмен
Теплообмен тела человека с окружающей средой может осуществляться, путём всех трёх видов теплопередачи (теплопроводности, конвекции и излучения), а также за счёт испарения воды с поверхности тела.
Перенос тепла в случае теплопроводности прямо пропорционален разности температуры тела и температуры окружающей среды. Чем больше разность температур, тем интенсивнее происходит теплоотдача энергии живым организмом в окружающую среду. Кроме того, большое значение имеет коэффициент теплопроводности окружающей среды. Известно, что коэффициент теплопроводности для воды (при 20 °C) равен 2,1 кДж/(ч·м·°С), а для сухого воздуха – примерно 0,08 кДж/(ч·м·°С). Поэтому для человека теплопроводность через воздух составляет очень незначительную величину.
Теплоотдача излучением для человека в состоянии покоя составляет 43–50% всей потери тепла. Излучение человеческого тела характеризуется длиной волны от 5 до 40 мкм с максимальной длиной волны в 9 мкм.
Испарение позволяет охлаждать тело даже в том случае, когда температура окружающей среды выше, чем температура тела. При низкой температуре воздуха конвенция и излучение с поверхности тела человека составляют около 90% общей суточной теплоотдачи, а испарение при дыхании – 9–10%. При температуре 18–20 °C теплоотдача за счёт конвенции и излучения уменьшается, а за счёт испарения увеличивается до 25–27%.
При температуре воздуха 34–35 °C испарение пота становится единственным путём, с помощью которого организм освобождается от избыточного тепла. На каждый литр испарившегося пота кожа теряет количество теплоты, равное 2400 кДж, она становится холоднее, охлаждается и протекающая через неё кровь.
Если при температуре окружающей среды 37–39 °C потеря воды с потом составляет около 300 г/ч, то при температуре 42 °C и более она повышается до 1–2 кг/ч. Испарение эффективно только тогда, когда воздух сухой и подвижный. Если воздух влажный и неподвижный, испарение происходит очень медленно. Вот почему особенно тяжело переносится жара во влажных субтропиках.
Самый простой и наиболее эффективный способ охлаждения организма путём испарения (при невысокой физической активности) – усиление дыхания. Ведь лёгкие работают ещё и в качестве холодильника. Выдыхаемый воздух всегда имеет стопроцентную влажность, а на испарение воды с громадной поверхности лёгких уходит большое количество избыточного тепла. Именно так охлаждают свой организм многие животные.
В таблице приведены данные о теплоотдаче тела человека посредством различных способов.
| Способ теплоотдачи | Процент теплоотдачи организма за сутки, % |
|---|---|
| Излучение | 43,0 |
| Конвекция | 22,0 |
| Испарение через лёгкие | 9,0 |
| Испарение через кожу | 17,5 |
| Нагревание вдыхаемого воздуха | 3,5 |
| Прочее | 5,0 |
| Всего | 100,0 |
Какому диапазону температур воздуха соответствует такое распределение теплопотерь (в отсутствии физических нагрузок)? Ответ поясните.
Из таблицы видно, что основным процессом теплообмена тела человека при данных условиях является теплообмен через излучение, а испарение через кожу и легкие составляет 26,5%. Согласно тексту, такой режим теплообмена соответствует температуре окружающей среды 18–20 °C.
Вставьте в предложение пропущенные слова (сочетания слов), используя информацию из текста.
Именно ________ позволяет охлаждать тело даже в то время, когда температура тела меньше температуры окружающей среды. Теплоотдача путём __________ составляет в состоянии покоя примерно 43—50% всех теплопотерь.
В ответ запишите слова (сочетания слов) по порядку, без дополнительных символов.
К какому диапазону электромагнитных волн (радиоволны, инфракрасное излучение, видимый свет, рентгеновское излучение) относится излучение тела человека?
В воде тело человека охлаждается гораздо быстрее, чем в воздухе такой же температуры. За счёт каких основных видов теплопередачи это происходит? Ответ поясните.
Какой из способов теплообмена вносит наибольший вклад в теплопотери телом человека при температуре воздуха около 35 °C?