Ciepło i sprzężenie zwrotne.

Krzysztof Dołowy

1. Zapotrzebowanie energetyczne człowieka

2. Dieta cud – czyli jak schudnąć

3. Przewodnictwo cieplne

4. Promieniowanie cieplne

5. Parowanie potu

6. Równowaga cieplna organizmu – sterowanie

7. Skalowanie – równowaga cieplna organizmu a

rozmiary zwierząt

8. Jak pies wytrzymuje w lecie w futrze

Jednostki energii, ciepła, pracy

1J [dżul] = 0,24 cal [kaloria]

2

2

s

m

kg

m

N

J









m

s

m

kg

J

mg

E

h

mgh

E

1

,

0

81

,

9

1

1

2













1 kaloria to ilość ciepła potrzebna do ogrzania 1cm

3

wody o 1°C

Moc to miara ilości energii zużywanej w

czasie. Jednostką mocy jest wat.

s

J

W



Zapotrzebowanie energetyczne człowieka

Sen

75W

Lekka praca

125W

Spacer

230W

Marsz

350W

Gimnastyka

525W

Bieg

700W

 

 

 

 

 

kcal

MJ

h

h

s

W

1550

48

,

6

24

*

3600

75







Podstawowa przemiana materii na dobę

Pół godziny aerobiku

 

 

 

 

kcal

MJ

s

W

226

95

,

0

1800

525







1[g] tłuszczu = 38[kJ] = 9[kcal]

1[g] cukru i białek = 17[kJ] = 4[kcal]

50g ciastko mające 40g cukru i białek oraz 10g

tłuszczu ma

250kcal

Przewodnictwo

x

T

A

t

Q

J

Q





















Przewodnictwo cieplne

J

Q

– strumień ciepła [J/m

2

s];

λ – współczynnik przewodnictwa cieplnego [W/m°C];

A – powierzchnia;

ΔT/Δx – gradient temperatury.

λ

λ

Skóra słabo
ukrwiona

0,334 Woda (20°C)

0,585

Skóra silnie
ukrwiona

1,465 Srebro

420

Mięśnie
nieukrwione

0,460

Drewno dębu



0,125

Mięśnie silnie
ukrwione

0,628 Drewno dębu =

0,334

Tłuszcz

0,168 Wełna

0,117

Powietrze (pierze)

0,025 Bawełna

0,230

Promieniowanie









4

4

4

2

8

10

67

,

5

ot

c

Q

T

T

A

K

m

W

t

Q

J





























Promieniowanie

T

c

– temperatura ciała; T

ot

– temperatura otoczenia;

α – albedo – współczynnik pochłaniania zależny od
powierzchni

Dla ciepła i skóry α=0,95

Dla światła i czarnej skóry α=0,81÷0,84

Dla światła i nie czarnej skóry α=0,55 ÷0,70

Temperatura
skóry w 20°C
i w 35°C

T

ot

=26°C

T

ot

=30°C

Konwekcja

11%

15%

Promieniowanie

67%

49%

Parowanie wody

22%

36%

Utrata ciepła przy 50% wilgotności względnej

otoczenia

Pomiar przez
termoreceptory

+

–

Pocenie, rozszerzenie
naczyń podskórnych

Drżenie mięśni, zwężenie
naczyń podskórnych

Temperatura

Podwzgórze

Sterowanie temperaturą

Regulacja oddawania ciepła przez zmianę

przepływu podskórnego

Wielkość organizmów jest ograniczona przez ich

zdolność do wydalania ciepła

3









Masa

Q

prod

2









ia

Powierzchn

Q

wydal









wydal

prod

Q

Q

Duże zwierzęta mają trudności z pozbyciem się
nadmiaru ciepła, podczas gdy małe zwierzęta ze zbyt
szybką utratą ciepła.

Krew z małżowin nosowych psa (z zatoką jamistą) ma

krew o niższej temperaturze chłodzi w tętniczej sieci

dziwnej gorącą krew z tętnicy szyjnej.