Физика на топлина I Телесна температура и изпотяване; Тук живеят дракони
Дори и да е малко по-хладно днес - последните няколко дни са добър повод да се замислим защо ни става толкова горещо, когато е повече от 30 или 35 градуса и каква физика стои зад него.
Отначало може да си помислите, че температурите около 35 ° C трябва да са идеални за нас - все пак това е телесната ни температура. (В този текст се занимавам главно с оценки - затова не правя никаква особена разлика между 35 ° C и 37 ° C; освен това телесната ни температура така или иначе не е еднаква навсякъде. 32-35 ° C са разумно полезни стойности за телесната повърхност.) Всъщност при тази температура трябва да сме в перфектно топлинно равновесие с околната среда.
Разбира се, това не е така, защото ние постоянно консумираме енергия. Скоростта на метаболизма на човек в покой е около 2000 калории на ден - но бъдете внимателни: Това, което обикновено наричаме „калории“ в ежедневието, всъщност са килокалории: 1kcal = 1000cal.
Килокалорията е количеството топлина, необходимо за нагряване на килограм вода с един градус (въпреки че това е донякъде неточно определение, тъй като топлинният капацитет на водата, т.е. количеството топлина, което е необходимо за нагряване на една степен, само по себе си е малко зависи от температурата - но както казах, подобни тънкости днес изобщо не трябва да ме интересуват, просто жонглирам с няколко цифри). С 2000 kcal можете да загреете цели 2000 килограма вода с един градус, или 1000 килограма с два градуса или 65 килограма (около телесната ми маса) с малко повече от 30 градуса.
Можете да разберете защо няма да се чувствам особено комфортно при 35 градуса, без да се отърва от каквато и да е топлина - тялото ми би произвеждало толкова много топлина само заради основната скорост на метаболизма, т.е. ще се увеличи с около 1 градус. Така че след 3-4 часа щях да имам екстремна треска, малко по-късно вероятно щеше да свърши. Така че не е изненадващо, че се потя до 35 градуса. (Още за пот скоро.)
Вече не се потя, когато е малко по-хладно. Някъде (мисля, че беше в страхотната книга на Hoymar von Dithfurth „Querschnitte“) Веднъж прочетох, че почиващият, съблечен човек с външна температура около 30 градуса разсейва толкова много топлина през кожата, че нито замръзва, нито се изпотява. Тази температурна стойност, разбира се, не е много ясно дефинирана, защото можем да използваме трикове като разширяване на кръвоносните съдове под кожата или в крайниците, за да повлияем на повърхностната температура на нашата кожа и по този начин на потока топлина навън. Освен това, разбира се, ролята на движението на въздуха също играе роля - щом задуха, се отделя повече топлина, тъй като топлият въздух се пренася по-бързо през кожата.
И така: Нека опростим предположението, че се чувстваме комфортно с температура на кожата от 35 ° C и температура на околната среда от 30 ° C и че изтичането на топлина съответства точно на производството на топлина в тялото. Между другото, преобразувано в секунди и SI единици, това е почти точно 100W - човек излъчва топлина колкото ярка лампа с нажежаема жичка (което между другото обяснява и защо бързо става доста топло на партита в малки стаи). Топлинният поток вече е 100W - ние генерираме 100 джаула топлинна енергия в секунда, която тече навън.
Топлинният поток между тялото и околната среда е пропорционален на температурната разлика. Така че, ако повишим външната температура само с 2,5 ° C, температурната разлика е само 2,5 ° C вместо 5 ° C - топлинният поток се намалява наполовина и ние бавно натрупваме пот, за да разсеем допълнителната топлина. И обратно, ако намалим външната температура до 25 ° C, топлинният поток вече е 200W - тъй като произвеждаме само 100W топлинна мощност, тогава бавно се охлаждаме и предпочитаме да облечем малко. (Внимание: Голяма част от телесната топлина също се губи чрез радиация, но при малки температурни градиенти тук се прилага също така, че топлинният транспорт е пропорционален на температурната разлика.)