Fyzika tepla I Teplota tela a potenie; Žijú tu draci
Aj keď je dnes o niečo chladnejšie - posledné dni sú dobrou príležitosťou premýšľať o tom, prečo nám je tak horúco, keď je viac ako 30 alebo 35 stupňov a aká fyzika za tým stojí.
Spočiatku by ste si mohli myslieť, že teploty okolo 35 ° C by mali byť pre nás ideálne - koniec koncov, to zodpovedá našej telesnej teplote. (V tomto texte sa zaoberám hlavne odhadmi - preto nerobím nijaký zvláštny rozdiel medzi 35 ° C a 37 ° C; okrem toho naša telesná teplota nie je rovnako všade rovnaká. 32 - 35 ° C sú primerane užitočné hodnoty pre povrch tela.) Vlastne takže by sme pri tejto teplote mali byť v dokonalej tepelnej rovnováhe s prostredím.
Samozrejme, nie je to tak, pretože neustále spotrebovávame energiu. Pokojová rýchlosť metabolizmu človeka je okolo 2 000 kalórií denne - ale buďte opatrní: To, čo v každodennom živote bežne nazývame „kalórie“, sú v skutočnosti kilokalórie: 1kcal = 1 000cal.
Kcal je množstvo tepla, ktoré je potrebné na zohriatie kilogramu vody o jeden stupeň (aj keď je to trochu nepresná definícia, pretože tepelná kapacita vody, t. J. Množstvo tepla, ktoré je potrebné na zohriatie jedného stupňa, je sama o sebe malá záleží od teploty - ale ako som už povedal, také jemnosti by ma dnes nemali vôbec zaujímať, iba žonglujem s niekoľkými číslami). S 2 000 kcal by ste mohli ohriať celých 2 000 kilogramov vody o jeden stupeň alebo 1 000 kilogramov o dva stupne alebo 65 kilogramov (o hmotnosti môjho tela) o niečo viac ako 30 stupňov.
Už teraz vidíte, prečo sa pri 35 stupňoch nebudem cítiť nijako zvlášť príjemne, bez toho, aby som sa nejako zbavil tepla - moje telo by produkovalo toľko tepla len kvôli bazálnemu metabolizmu, t. J. Len kvôli jeho udržaniu v chode, že by moja teplota stúpala každú hodinu by sa zvýšil asi o 1 stupeň. Po 3-4 hodinách by som mal extrémnu horúčku, o niečo neskôr by to už asi skončilo. Takže nie je prekvapujúce, že sa pri 35 stupňoch zapotím. (Viac sa za chvíľu zapotíte.)
Už sa nepotím, keď je trochu chladnejšie. Niekde (myslím, že to bolo vo veľkej knihe Hoymara von Dithfurtha „Querschnitte“) som raz čítal, že odpočívajúci, vyzlečený človek s vonkajšou teplotou okolo 30 stupňov rozptýli toľko tepla cez pokožku, že ani nezmrzne, ani sa nespotí. Táto hodnota teploty samozrejme nie je celkom jasne definovaná, pretože môžeme použiť triky, ako je rozšírenie krvných ciev pod kožou alebo na končatinách, aby sme ovplyvnili povrchovú teplotu našej pokožky a tým aj prúdenie tepla von. Okrem toho samozrejme zohráva úlohu aj to, ako sa pohybuje vzduch - akonáhle je veterno, viac tepla sa rozptýli, pretože teplý vzduch sa rýchlejšie odvádza preč cez pokožku.
Takže: Zjednodušme predpoklad, že sa cítime dobre s teplotou pokožky 35 ° C a teplotou okolia 30 ° C a že odtok tepla presne zodpovedá produkcii tepla v tele. Mimochodom, v prepočte na sekundy a jednotky SI je to takmer presne 100 W - človek vydáva toľko tepla ako žiarivá žiarovka (čo mimochodom tiež vysvetľuje, prečo sa na večierkoch v malých miestnostiach rýchlo zahreje). Tepelný tok je teraz 100 W - generujeme 100 joulov tepelnej energie za sekundu, ktoré prúdia von.
Tok tepla medzi telesom a okolitým médiom je úmerný teplotnému rozdielu. Ak teda zvýšime vonkajšiu teplotu iba o 2,5 ° C, teplotný rozdiel je namiesto 5 ° C iba 2,5 ° C - tepelný tok je polovičný a pomaly vypracujeme pot, aby sme odviedli ďalšie teplo. Naopak, ak znížime vonkajšiu teplotu na 25 ° C, tepelný tok je teraz 200 W - pretože produkujeme iba 100 W tepelného výkonu, potom sa pomaly ochladíme a radšej si trochu nasadíme. (Pozor: Veľká časť tela sa tiež stratí žiarením, ale pri malých teplotných gradientoch tu tiež platí, že prenos tepla je úmerný teplotnému rozdielu.)