Энергия в общем смысле – это способность совершать работу. Для ТДС внутренняя энергия состоит из кинетической и потенциальной энергии частиц. Физический смысл имеет изменение энергии, которое может быть измерено.
Энергия может накапливаться и отдаваться системой. Есть два способа передачи энергии — работа и передача теплоты (теплообмен).
Определение. Теплообмен — необратимый самопроизвольный переноса тепла, обусловленный градиентом температуры.
Существуют 4 основных вида теплообмена: теплопроводность, конвекция, излучение и испарение.
Теплопроводность — это передача энергии от более нагретого тела к менее нагретому.
где k — коэффициент теплопроводности Вт/(м*K), S — площадь соприкосновения поверхности тела со средой, t — время теплообмена, Tн — температура нагретого тела, Tх — температура холодного тела, l — толщина слоя, через который происходит перенос тепла.
Конвекция — это передача тепла с потоком вещества (жидкости или газа). Естественная (свободная) конвекция — перемещение в результате разности температур, концентраций, действия гравитации. Происходит под действием архимедовой силы. Пример: воздух рядом с батареей, океанические течения, ветра и др. Вынужденная конвекция — перенос жидкости или газа под действием внешней силы (вентилятор, насос).
где k — коэффициент конвективного теплопереноса Вт/(м2K), S — площадь поверхности источника тепла, t — время теплообмена, Tн — температура нагретого тела, Tх — температура окружения источника тепла.
Излучение — это передача тепла без участия частиц вещества, при помощи электромагнитных волн (максимум приходится на инфракрасное излучение)
|
|
,
где σ — постоянная Стефана-Больцмана 5,67032±0,00071×10—8 Вт/(м2*К4).
Испарение — это переход вещества из жидкого состояния в газ (пар).
где L — удельная теплота испарения (у воды 2,26 *106 Дж/кг), m - масса испарившейся жидкости.
Определение. Уравнение теплового баланса
,
где M – это теплопродукция, т.е. выработка тепла в результате энергетических превращений в живых клетках. Теплопродукция связана с непрерывно совершающимся биохимическим синтезом белков и других органических соединений, с осмотической работой (перенос ионов против градиента концентраций), с механической работой мышц (сердечная мышца, гладкие мышцы различных органов, скелетная мускулатура).
Калориметрия
Определение. Калориметрия — это метод определения энерготрат организма.
Непрямая калориметрия основана на подсчете энерготрат по косвенным показателям, таким как количество потребляемого кислорода и выделяемого углекислого газа (в контролируемых условиях).
Прямая калориметрия — это непосредственное измерение кол-ва тепла, выделяемого живым организмом при помощи специальных калориметров.
Таблица для выполнения лаб. работы
Таблица измерений:
| Теплоемкость калориметра C=160 Дж/°C | Сопротивление нагревателя R=150Ом | ||||
| Постоянная термобатареи β=0,25 | Ток нагревателя I=80 мА | ||||
| Опыт с мышью | Опыт с нагревателем | ||||
| Время t, мин | ЭДС Et, мВ * 10-2 | ΔT=Ti-Te, °C | Время t, мин | ЭДС Et, мВ * 10-2 | ΔT=Ti-Te, °C |
|
|
Примечания.
Запомните значение на шкале, соответствующее началу измерений.
Во второй и пятый столбцы (ЭДС) заносятся показания прибора за вычетом значения, соответствующего началу измерений.
Работу оформлять в соответствии с требованиями на с.4. и лаб. раб. №7 в методичке O791.