UNIWERSYTET MEDYCZNY W ŁODZI

WYDZIAŁ WOJSKOWO-LEKARSKI

LABORATORIUM BIOFIZYCZNE

ĆWICZENIE NR 4

M3:WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA χ =c /c DLA POWIETRZA METODĄ CLEMENTA-DESORMES

Barbara Zeman

GRUPA: 1

ZESPÓŁ: 4

ŁÓDŻ , 03.11.2004

PODSTAWY TEORETYCZNE

1. PODSTAWOWE PRAWA GAZOWE:

A. RÓWNANIE CLAPEYRONA- równanie gazu doskonałego

p v = n R T

gdzie: p- ciśnienie

v- objętość

n- ilość moli gazu

T- temp. bezwzględna [K]

R- stała gazowa

B. PRAWO BOYLE'A - MARIOTT'A- prawo przemiany gazowej IZOTERMICZNEJ

(T=const.)

p v = p v

C. PRAWO GAY - LUSSACA- prawo przemiany gazowej IZOBARYCZNEJ (p=const.)

v /T = v /T

D. PRAWO CHARLESA- prawo przemiany gazowej IZOCHORYCZNEJ (v=const.)

p /T = p /T

E. PRAWO AVOGADRA- w równych objętościach różnych gazów w tej samej temperaturze, przy tym samym ciśnieniu znajduje się jednakowa liczba cząsteczek.

F. PRAWO DALTONA- ciśnienie p mieszaniny gazów jest równe sumie ciśnień cząsteczkowych p ,p ,p ... jakie miałby każdy z gazów zajmując sam objętość mieszaniny w tej samej temperaturze.

2. ROZSZERZALNOŚĆ CIEPLNA CIAŁ:

Jest to zwiększenie objętości cieczy, gazów i ciał stałych pod wpływem ogrzewania. Efekt ten najbardziej widoczny jest u gazów, a najmniej u ciał stałych. Zjawisko rozszerzalności cieplnej cieczy wykorzystuje się w termometrach, a ciał stałych np. w tzw. zębatkach na mostach. Ciała stałe, ciecze i gazy pod wpływem spadku temp. kurczą się.

3. TERMOREGULACJA W ORGANIZMIE CZŁOWIEKA:

Dla prawidłowego przebiegu procesów biologicznych organizm człowieka wymaga stałej temperatury wewnętrznej ciała, wynoszącej około 37^oC. Stała temperatura ciała ludzkiego utrzymana jest dzięki mechanizmom termoregulacyjnym kierowanym przez ośrodek termoregulacji znajdujący się w podwzgórzu. Dzięki tej regulacji człowiek może przebywać, a także wykonywać pracę fizyczną, w zmiennych warunkach termicznych otoczenia zachowując stałą temperaturę wewnętrzną. Temperatura wewnętrzna ciała człowieka ulega jednak podwyższeniu w przypadku zaburzenia bilansu cieplnego.

4. KOMFORT CIEPLNY:

Przedział optymalnych warunków mikroklimatycznych, w których ustrój bilansuje ciepło, nazywa się pasem komfortu cieplnego. W warunkach komfortu cieplnego wymiana ciepła pomiędzy ustrojem człowieka a otoczeniem odbywa się bez udziału świadomości. Komfortem cieplnym określa się stan, w którym człowiek nie odczuwa ani ciepła, ani zimna, czyli otaczające środowisko jest dla niego obojętne. W stanie komfortu termicznego temperatura wewnętrzna wynosi 37,0 ± 0,30^oC.

5. WPŁYW TEMPERATURY I WILGOTNOŚCI NA CZŁOWIEKA:

Temperatura ma wpływ na wiele zachodzących w żywym organizmie procesów fizycznych, biologicznych i chemicznych. Wpływa między innymi na zjawiska lepkości, dyfuzji, osmozy, transportu masy i ładunków elektrycznych, procesy metabolizmu, jak również na trwałość struktur makrocząsteczkowych. Wysoko zorganizowane żywe organizmy spełniają różne złożone funkcje. Umożliwia im to wyspecjalizowane urządzenia sterujące , jakie stanowią układ nerwowy i układ regulacji hormonalnej. Sprawne działanie tych układów jest zależne od stabilizacji temperatury. Z tego powodu ludzie muszą utrzymywać stałą temperaturę.

Od wilgotności powietrza otaczającego żywy organizm uzależnione są warunki wymiany ciepła z otoczeniem. Para wodna zawarta w powietrzu, im bliższa jest stanu nasycenia, tym gorsze są warunki parowania. Zmniejsza się wówczas gęstość strumienia ciepła traconego na drodze parowania od organizmu do środowiska zewnętrznego.

6. TERMOMETRY:

2 główne rodzaje termometrów cieczowych to:

termometr rtęciowy - wykonany ze szkła. Szklany zbiorniczek wypełniony jest rtęcią. Gdy temperatura rośnie rtęć rozszerza się i przesuwa coraz dalej w kapilarze. Za pomocą termometrów rtęciowych nie można mierzyć temperatur niższych niż -39ºC , ponieważ rtęć krzepnie w tej temperaturze. Większość z nich pokrywa zakres temperatur od 0 do 100ºC.

termometr alkoholowy - od termometru rtęciowego różni się tylko tym, że w zbiorniku znajduje się alkohol, a najniższa temperatura jaką możemy zmierzyć to 115ºC (krzepnięcia alkoholu).

Ogólne zastosowanie termometrów cieczowych:

1. pomiar temp. ciała

2. mierzenie temp. powietrza

3. pomiar temp. w laboratoriach

4. mierzenie temp. wody

7. ZMIANY STANU SKUPIENIA:

A. TOPNIENIE: przechodzenie substancji ze stanu stałego w stan ciekły. Energia dostarczana do ciała stałego powoduje pokonanie sił wiążących między cząsteczkami ciała stałego.

B. KRZEPNIĘCIE: przechodzenie cieczy w stan stały. Energia oddawana przez ciecz powoduje zmniejszenie prędkości cząsteczek, a siły przyciągania łączą je w ciało stałe.

C. PAROWANIE: przechodzenie cieczy w stan gazowy. Energia dostarczana do cieczy pokonuje siły przyciągania między cząsteczkami.

D. SKRAPLANIE: przechodzenie gazu w stan ciekły. Ochłodzony gaz oddaje energię, zmniejsza się prędkość cząsteczek, siły przyciągania zbliżają cząsteczki.

E. SUBLIMACJA: bezpośrednie przechodzenie substancji ze stanu stałego w gazowy z pominięciem stanu ciekłego.

F. RESUBLIMACJA: bezpośrednie przechodzenie substancji ze stanu gazowego w stały z pominięciem stanu ciekłego.

8. KALORYMETRIA:

Kalorymetr pozwala zmierzyć zarówno ilość zużytego przez organizm tlenu, jak i ilość wydalonego dwutlenku węgla. Wiedząc ile tlenu zużywa się na spalanie określonej ilości węglowodanów, białek czy tłuszczów, względnie ile w tych procesach powinno powstać dwutlenku węgla, można obliczyć ciepło metabolizmu.

9. PAROWANIE I WRZENIE:

Wrzenie jest to specyficzny rodzaj parowania. Polega ono na parowaniu całą objętością cieczy. Termin parowanie został przedstawiony w punkcie 7.

10. TEMPERATURA KRYTYCZNA:

Jest to temperatura, powyżej której dana substancja może znajdować się tylko w stanie gazowym, czyli nie da się gazu skroplić pomimo wzrostu ciśnienia.

11. WILGOTNOIŚĆ POWIETRZA:

Wilgotność powietrza - zawartość pary wodnej w powietrzu.

Maksymalna wilgotność, czyli maksymalna ilość pary wodnej w określonej ilości powietrza silnie zależy od temperatury powietrza. Im wyższa temperatura powietrza, tym więcej pary wodnej może się w nim znajdować.

Przekroczenie maksymalnej wilgotności (np. w wyniku obniżenia temperatury powietrza) powoduje skraplanie się pary wodnej. Dlatego właśnie powstaje wieczorna (nocna) rosa. Nagrzane w dzień powietrze może zawierać w sobie dużo pary wodnej, gdy przychodzi noc, powietrze ochładza się i spada przez to maksymalna ilość pary wodnej, która może być w nim zawarta. Nadmiar pary wodnej skrapla się, tworząc na powierzchni ziemi kropelki rosy.

Wilgotność charakteryzuje się na różne sposoby. Najpopularniejsze to:

• wilgotność bezwzględna - masa pary wodnej wyrażona w gramach zawarta w 1 m³ powietrza,

• wilgotność właściwa - masa pary wodnej wyrażona w gramach zawarta w 1 kg powietrza (powietrza ważonego razem z parą wodną),

• wilgotność względna - wyrażony w procentach stosunek ilości pary wodnej w powietrzu do maksymalnej ilości pary wodnej w powietrzu przy tej samej temperaturze powietrza. Czyli jeśli mówimy, że wilgotność powietrza wynosi 60%, to oznacza, to, że gdyby w powietrzu było o 40% więcej pary wodnej, to przy niezmienionej temperaturze powietrza, para zawarta w powietrzu zaczęłaby się skraplać. Wilgotność 100% oznacza, że para zawarta w powietrzu jest na granicy skraplania się, a wilgotność 0% oznacza, że w powietrzu nie ma pary wodnej.

12. I i II ZASADA TERMODYNAMIKI:

I: Przyrost energii wewnętrznej w jakimkolwiek procesie układu zamkniętego jest równy sumie energii doprowadzonej w tym procesie do układu w wyniku wykonania pracy lub wymiany ciepła.

II: Zmiana ciepła na pracę w silniku termodynamicznym jest możliwa tylko wtedy, gdy źródło dostarczające ciepło ma temperaturę wyższą od najzimniejszego ciała w jego otoczeniu.

13. CIEPŁA WŁAŚCIWE:

Ciepło właściwe to energia potrzebna do podniesienia temperatury jednej jednostki masy ciała o jedną jednostkę temperatury.

Ciepło właściwe ciał stałych i cieczy jest niezmienną cechą zależną tylko od struktury chemicznej tych ciał i nie zależy od ich kształtu i rozmiarów. Ciepło właściwie większości substancji zmienia się jednak nieznacznie ze zmianami temperatury nawet w obrębie jednego stanu skupienia.

W przypadku gazów ciepło właściwe zależy od rodzaju przemiany gazu, dlatego dla gazów wprowadzono pojęcie ciepła właściwego przy stałym ciśnieniu (c_p) i przy stałej objętości (c_v), które podobnie jak ciepło właściwe ciał stałych i cieczy jest już wartością stałą dla określonych substancji gazowych. C_p i C_v używa się w obliczeniach zależnie od tego czy dana przemiana zachodzi przy stałym ciśnieniu czy przy stałej objętości gazu.

14. PRZEWODZENIE CIEPŁA:

Powstałe w organizmie ciepło jest transportowane z „jądra” do „powłoki” na drodze dwóch mechanizmów transportu ciepła:

• przewodnictwa cieplnego

• konwekcji

---