ЛЕКЦИЯ 8 ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ И БИОЭНЕРГЕТИКИ

ЛЕКЦИЯ 8
ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ И БИОЭНЕРГЕТИКИ
План
8.1. Термодинамические системы и их параметры.
8.2. Начала термодинамики в биологии. Теорема Пригожина.
8.3. Энергетический баланс живого организма. Удельная
теплопродукция.
8.4. Перенос теплоты в живом организме.
8.5. Применение нагретых тел с лечебной целью.
8.1
Термодинамика – раздел физики, изучающий физические процессы с
точки зрения происходящих в них превращений энергии с учетом двух форм
ее передачи: работы и теплообмена.
Термодинамическая система – это совокупность тел в определенном
пространстве, которые могут обмениваться между собой и с внешней средой
веществом и энергией в виде теплоты.
В зависимости от того, как система обменивается с внешней средой
веществом и энергией, выделяют три типа систем:
1) открытые термодинамические системы – обмениваются со средой
энергией и веществом;
2) закрытые термодинамические системы – обмениваются только
энергией;
3) изолированные термодинамические системы – не обмениваются ни
энергией, ни веществом (возможно только теоретически).
Любой живой организм (растительного или животного происхождения)
представляет собой открытую термодинамическую систему.
Равновесным состоянием (термодинамическим равновесием) называют
такое состояние системы, в которое она самопроизвольно переходит через
достаточно большой промежуток времени при условии, что она изолирована
от окружающей среды.
Термодинамическим процессом называют переход системы из одного
равновесного состояния в другое в результате ее взаимодействия с внешними
телами.
Переход системы из одного состояния в конечное, а затем возврат в
исходное или близкое к исходному называется циклическим. Если при таком
переходе равновесное состояние системы не изменяется, процесс называется
обратимым. Если система не может вернуться точно в исходное равновесное
состояние, процесс называется необратимым.
Реальные процессы в живой природе протекают как необратимые
процессы.
Состояние
термодинамической
системы
характеризуется
термодинамическими параметрами (p, V, T). При взаимодействии системы с
внешними телами ее параметры изменяются.
Важной характеристикой термодинамической системы является ее
внутренняя энергия (U) – энергия хаотического теплового движения
микрочастиц системы и энергия взаимодействия этих частиц.
Когда два тела с разной температурой приходят в контакт, то внутренняя
энергия горячего тела частично передается холодному телу до тех пор, пока
их температуры не сравняются. Такой процесс называется теплообменом или
теплопередачей. Количественной характеристикой этого процесса является
количество теплоты (Q), переданное от одного тела к другому. Отношение
количества теплоты, полученного или отданного системой, к температуре,
при
которой
происходит теплообмен
(
Q
),
T
называется
приведенным
количеством теплоты.
Энтропия есть мера необратимого рассеяния энергии, которая
представляет собой функцию состояния термодинамической системы.
S
Q
T
(8.1)
С точки зрения физики энтропия представляет собой меру
неупорядоченности системы, меру хаоса. Так, при кристаллизации раствора,
переходе его в организованное кристаллическое состояние энтропия системы
убывает. Таким образом, уменьшение энтропии говорит об увеличении
упорядоченности.
Для малого изменения энтропии:
dS 
dQ
.
T
(8.2)
Для обратимых процессов энтропия остается постоянной ( dS  0 ), а для
необратимых процессов энтропия возрастает dS 0 .
8.2
Первое начало термодинамики: теплота, подведенная к системе,
расходуется на изменение ее внутренней энергии и на совершение ею
работы против внешних сил:
Q  U  A .
(8.3)
Второе начало термодинамики имеет несколько формулировок,
которые можно свести к следующей: в изолированных системах энтропия
не может уменьшаться ни при каких процессах или для любых
процессов: S  0 - уравнение Клаузиуса (закон неубывания энтропии).
Организм животных и человека также является энергетической системой, в которой
энергия, освобождающаяся при окислении веществ, принятых в форме пищи,
превращается в различные другие виды энергии, необходимые для жизнедеятельности
организма. При этом они способны сохранять стационарное состояние, когда прирост
энтропии в системе равен нулю: S  0 , то есть живые организмы имеют тенденцию
сопротивляться установлению термодинамического равновесия со средой. Например,
температура человеческого тела остается постоянной в достаточно большом интервале
температур окружающей среды. Более того, жизнь создает и добавочную
упорядоченность, проявляющуюся в определенном строении живых организмов.
Следовательно, жизнь – это наименее вероятное состояние материи и сама по себе она не
может существовать длительное время. Это состояние поддерживается за счет
поступления энергии за поступления энергии извне (главным образом, от Солнца).
Изменения энтропии открытой системы складывается из изменения
энтропии и за счет процессов, протекающих внутри самой системы ( S i ) и за
счет процессов обмена энергией и веществом с окружающей средой S e  .
Скорость поступления в организм химических продуктов, необходимых для
поддержания жизнедеятельности организма, равна скорости выделения из
него продуктов метаболизма и тепловой энергии.
Формула Пригожина:
dS dS i dS e


,
dt
dt
dt
где
(8.4)
dS i
dS e
- скорость изменения энтропии внутри организма и
- скорость
dt
dt
изменения энтропии между организмом и внешней средой.
Таким образом, стационарное состояние живого
характеризуемое
постоянным
уровнем
энтропии
(
dS
dt
организма,
 0, S  const ),
осуществляется путем потребления организмом пищевых продуктов и
осуществления за счет этого процессов выведения из организма
деструктурированных продуктов метаболизма и непосредственной отдачи
тепла во внешнюю среду. То есть
dS i
dS
 e
dt
dt
(8.5)
- при обычном состоянии организма скорость изменения энтропии за счет
внутренних процессов равна скорости изменения отрицательной энтропии за
счет обмена вещества и энергией с окружающей средой.
Иными словами, для поддержания в равновесии такой упорядоченной системы, как
живой организм, требуется добавочное разупорядочение материи в другой системе. При
энергообмене, например, происходит расщепление глюкозы до СО2 и Н 2 О , которое
характеризуется возрастанием энтропии.
При некоторых патологических состояниях энтропия биологической системы может
возрастать, это связано с отсутствием стационарности, увеличением неупорядоченности.
После гибели живого организма происходит распад высокомолекулярных соединений и
энтропия увеличивается.
8.3
Пища, которая вводится в организм, покрывает его различные потребности. Часть
веществ идет на обновление тканей, часть, особенно у молодых организмов, затрачивается
на рост, часть может откладываться в виде известных запасов (например, гликоген в
печени, жир в подкожной клетчатке). Все же в зрелом возрасте и при нормальной
жизнедеятельности организма можно считать, что основная часть энергии усваиваемой
пищи затрачивается на покрытие текущих энергетических расходов, то есть расходов на
теплопотери организма в окружающую среду и на совершаемую организмом
механическую работу.
Энергия, образующаяся при окислении продуктов питания, выделяется в виде
теплоты, которую условно разделяют на первичную (основную) и вторичную (активную).
Первичная теплота выделяется сразу же после окисления и независимо от того, совершает
ли организм какую-либо работу или нет. Эта теплота идет на нагревание организма и
рассеивается в окружающем пространстве. Около 50% энергии, полученной при
окислении продуктов питания, накапливается в макроэнергетических связях, из которых
живой организм черпает энергию на все основные процессы своей жизнедеятельности
(работа сердца, мышц и пр.). Таким образом, свободная энергия окисления пищевых
продуктов используется для совершения всех видов работы только после промежуточного
сосредоточения ее в макроэнергетических связях. При необходимости совершения работы
связи разрываются, выделяется дополнительная энергия, которая после совершения
работы также превращается в теплоту (вторичную). Основная часть вторичной теплоты
образуется в результате мышечной деятельности, и количество этой теплоты
пропорционально мышечной активности.
Первое начало термодинамики полностью справедливо по отношению к
живым организмам.
Количество теплоты, которое получает организм при усвоении пищи ΔQ
частично идет на обновление тканей, но в основном является источником
энергии для организма. Большая часть этой энергии ΔQп отдается в виде
теплоты в окружающую среду в процессе поддержания постоянной
температуры тела и оставшаяся часть расходуется на совершение работы, в
том числе и умственной:
Q  Qп  А -
(8.6)
уравнение энергетического баланса живого организма.
Проверка уравнения теплового баланса была проведена методом прямой
калориметрии, то есть путем помещения животного в специальный
калориметр. В ходе опыта измерялось количество выделяемого животным
тепла, а также количество поглощенного кислорода и других продуктов. Так
как животные, помещенные в калориметр, обездвижены и практически не
производят работы, изменение энергии можно считать равным количеству
выделенного ими тепла. Было показано, что в пределах ошибок опыта
пищевые продукты освобождают при окислении в теле животного такое же
количество энергии, как и при простом сжигании их до тех же конечных
веществ вне организма.
Теплопродукция – это свойство живого организма вырабатывать и
выделять теплоту в окружающую среду в единицу времени.
Удельная теплопродукция животных
q
Qп
mt
(8.7)
- выработка и потеря энергии единицы массы животного.
Для животного
q a 3
b
m
,
(8.8)
где a, b для каждого животного определяются опытным путем.
Удельная теплопродукция животных увеличивается с уменьшением их массы m, что
определяется увеличением их удельной поверхности. Такая зависимость объясняется тем,
что с уменьшением размеров и массы животного увеличивается отношение его
поверхности к объему, а чем больше удельная поверхность, тем большее количество
теплоты уходит из тела во внешнюю среду. Поэтому для поддержания постоянной
температуры тела теплопродукция должна возрастать. Для компенсации большой потери
теплоты мелкими животными требуется повышение интенсивности метаболизма. Этим
определяется «прожорливость» мелких животных и птиц.
Теплопродукция холоднокровных животных в 25-30 раз меньше, чем у
теплокровных за счет уменьшения теплообмена с внешней средой из-за
меньшей разности температур между средой и телом животного.
Теплопродукция увеличивается с возрастанием доли вторичной теплоты,
значит, она должна быть больше в тех случаях, когда в организме происходят
активные физиологические процессы.
8.4
Живой организм осуществляет передачу энергии во внешнюю среду в
соответствии с физическими законами, однако в отличие от неживых систем
регулирует их интенсивность несколькими механизмами. Явления переноса
энергии продолжаются до установления равновесия в системе.
1.Теплопроводность – передача энергии при контакте двух систем
(организм и воздух) за счет тепловых колебаний и соударений молекул друг с
другом. Процесс теплопроводности необратим и идет только в одном
направлении – от теплого к холодному.
Если изменение температуры происходит вдоль оси Х, то отношение
будет являться градиентом температуры. Измеряется в
Т
х
К
.
м
Закон Фурье: количество теплоты, переносимое системой через
поверхность площадью S, расположенную перпендикулярно потоку,
пропорционально величине градиента температуры и времени переноса
Δτ с учетом свойств вещества, определяемых коэффициентом
теплопроводности χ:
Q     S   
T
,
x
(8.9)
где Δх – слой вещества,  - коэффициент теплопроводности численно равен
теплоте, проходящей через единичную площадку, расположенную
перпендикулярно потоку за единицу времени при градиенте температуры 1
К/м или

Q
S   
T .
x
Вт
.
мК
Теплопроводность различных веществ изменяется в весьма широких пределах.
Вт
Значения коэффициента теплопроводности (
): воздух – 0,023; жир – 0,17-0,21;
мК
эпидермис человека – 0,25; мышечная ткань при нормальном кровотоке – 0,5; мышечная
ткань при сильном кровотоке 0,58; вода – 0,6; металлы - 40-400.
Теплопроводность тканей организма различна. Теплопроводность жидких частей
организма (тканевая жидкость, плазма крови) близка к теплопроводности воды.
Коэффициент теплопроводности измеряется в
Теплопроводность плотных тканей значительно ниже и для таких тканей, как, например,
жировая ткань или роговой слой кожи по величине находится между теплопроводностью
воды и воздуха. Кожа и подкожная жировая клетчатка являются теплоизолирующим
слоем для организма. Вследствие этого температура поверхности кожи на 7  8 0 С ниже
температуры внутри организма, то есть составляет в среднем 29  30 0 С . Различие
коэффициента теплопроводности тканей живого организма весьма существенно для
теплового режима организма. Значительная теплопроводность мышечной ткани, в
которой находится много кровеносных сосудов, позволяет быстро переносить тепло от
внутренних органов к внешним, предохраняя внутренние органы от перегрева.
Большое значение для сохранения тепла внутри организма имеет слой внешней
среды, непосредственно примыкающий к коже, в котором происходит главный
теплообмен с окружающей средой. У человека этим слоем является одежда.
Теплоизолирующие свойства одежды связаны с воздушной прослойкой, которая в ней
содержится. Благодаря этой прослойке температура на поверхности одежды снижается в
среднем до 15  18 0 С .
1. Конвекция – это передача тепла движущимся потоком вещества
(воздуха в легких, крови к поверхности тела, воздуха в вентилируемых
помещениях). При естественной конвекции это происходит вследствие
различия плотностей: нагретые массы среды, как более легкие, поднимаются
вверх, холодные опускаются вниз на их место.
Тепловой поток, передаваемый от нагретой поверхности к омывающей
его среде, при установившемся процессе прямо пропорционален площади S
поверхности и разности между температурой Тт поверхности и средней
температурой Тср среды. Количество тепла, передаваемое от поверхности к
среде, рассчитывается по формуле:
Q    S    TT  Tср  ,
(8.10)
где α – коэффициент теплоотдачи при конвекции, зависящий от среды, в
которой происходит конвекция (вязкости, плотности, коэффициента
теплового расширения), а также от поверхности, через которую происходит
теплопередача (форма, состояние поверхности, положения ее в пространстве
относительно омывающей среды).
Коэффициент теплопередачи при конвекции численно равен количеству
теплоты, передаваемому единицей нагретой поверхности за единицу времени
омывающей ее среде при разности температур среды и поверхности в 10 С .

Q
S    TT  Tср 
Дж
.
м с К
В жару частота дыхания у животных заметно увеличивается, увеличивается скорость
движения воздуха и увеличивается интенсивность потока конвекции в легких.
Измеряется коэффициент конвекции в
2
Конвекция происходит только в направлении уменьшения температуры. Если
температура окружающей среды выше температуры тела животного, то теплопроводность
и конвекция создают поток, направленный внутрь тела, что при длительном процессе
может привести к перегреву и гибели животного.
1. Парообразованием называется процесс перехода вещества из жидкого
состояния в газообразное. Парообразование, происходящее со свободной
поверхности жидкости при любой температуре, называется испарением.
Совокупность молекул, вылетевших из жидкости при парообразовании, называется паром
данной жидкости. Молекулы жидкости связаны между собой силами взаимного
притяжения. Чтобы при испарении молекула могла вырваться из жидкости, необходимо,
чтобы энергия ее теплового движения была достаточна для преодоления сил
взаимодействия молекул. При испарении вырываются наиболее быстрые
молекулы, средняя энергия оставшихся молекул уменьшается, уменьшая тем
самым температуру жидкости.
Испарение в организме происходит с поверхности кожи и легочных альвеол.
Выдыхаемый воздух имеет температуру 31  330 С и насыщен водяным паром. За сутки
человек испаряет с поверхности кожи с потом до 0,5 кг воды и через легкие – до 0,35 кг,
что составляет около 30% всей теплопродукции.
Удельная теплота парообразования r – это количество теплоты,
необходимое для получения пара из жидкости массой 1 кг.
Для воды r  2,52  10 6
Дж
.
кг
Потеря теплоты при температуре тела 370С за сутки составляет примерно 2  10 6 Дж.
При повышении температуры окружающей среды или при интенсивной мышечной работе
эти цифры значительно возрастают. Потоотделение зависит не только от температуры
окружающей среды, но и от ее влажности. Для наземных животных нормальная
влажность среды 50-60%. При большей влажности процесс испарения с поверхности тела
замедляется, замедляется потоотделение, что ведет к перегреву организма. Влажность
менее 40% приводит к усилению потери влаги организмом, к его обезвоживанию.
m
Отток тепла с испарением за единицу времени Q   r в неживых системах

линейно зависит от температуры. Для организма испарение является одним из
регуляторов температуры тепла, оно усиливается с повышением температуры за счет
расширения пор и усиленного потоотделения. Эти биологические явления нарушают
линейную зависимость отвода тепла от организма в зависимости от температуры.
8. Равновесное тепловое (инфракрасное) излучение. Теплообмен с
помощью излучения заключается в том, что частицы данного тела,
находящиеся в интенсивном молекулярном движении, излучают
электромагнитные волны, которые уносят часть энергии частиц; при этом
тело охлаждается. Волны, достигая какого-либо другого непрозрачного для
излучения тела, поглощаются его молекулами и передают им свою энергию,
что вызывает усиление их теплового движения; тело нагревается. Таким
образом, энергия теплового движения частиц более нагретого тела
преобразуется в энергию излучения, которая затем в свою очередь переходит
в энергию теплового движения частиц более холодного тела, в котором это
излучение поглощается, и вызывает его нагревание.
Абсолютно черным телом (АЧТ) называется тело, полностью
поглощающее всю упавшую на него энергию.
Температура тела определяет:
1) качество излучения – спектр равновесного излучения по закону Вина:
 max 
b
T,
(8.11)
где b – экспериментальный коэффициент пропорциональности, постоянная
Вина b= 2,9  10 3 м  К .
Животное с температурой тела 36-39 0С излучает в инфракрасной
области спектра с vax  9  10 9 м, которое человеческим глазом не
воспринимается. Если температура повышается, то тела начинают светиться
темно-красным светом, а при очень высокой температуре – белым с
голубоватым оттенком, возрастает ощущение нагретости тела.
2) Интенсивность излучения единицы поверхности (светимость) для
абсолютно черного тела (АЧТ) по закону Стефана – Больцмана:
I изл    Т 4 ,
(8.12)
Вт
.
м К4
Следует иметь в виду, что каждое тело как излучает, так и поглощает излучение,
падающее на него со стороны других тел. Если температура тела выше температуры
окружающих тел, то оно больше излучает энергии, чем поглощает, и, следовательно,
охлаждается. Если температура тела ниже температуры окружающих тел, то оно
поглощает излучения больше, чем испускает, и, следовательно, нагревается.
где σ – постоянная Стефана – Больцмана   5,67  10 8
2
Поскольку каждое тело излучает само и в то же время получает энергию
излучения от окружающих тел, то суммарный поток равен разности потоков,
излучаемых и поглощаемых данным телом и количество теплоты,
передаваемое путем излучения между двумя параллельными поверхностями
выражается, формулой:


Q      S    TT4  Tср4 ,
(8.13)
где ε – поправочный коэффициент, который учитывает отличие данного тела
от АЧТ, TT –температура кожи животного, Тср –температура окружающей
среды.
Теплоотдача путем излучения у теплокровных животных доходит до 5060% от общей теплоотдачи.
5. Люминесценция – свечение тел, превышающее их равновесное
тепловое излучение.
В природе наблюдается излучение некоторых тел и химических реакций,
которое по спектру и интенсивности резко превышает то, что они должны
излучать согласно своей температуре. Так, светлячок, бактерии в море и
гнилых пнях, кальмары ярко светят желто-зеленым светом, в соответствии со
спектром которого они должны иметь температуру 4000-5000 0С. Подобное
«холодное» свечение получило название «люминесценция», а применительно
к живым организмам – «биолюминесценция».
В 1961 г. было обнаружено сверхслабое свечение тканей и клеток
животных и человека – биохемилюминесценция.
Закон Тарусова – Журавлева гласит: ткани и клетки животных и человека в норме
непрерывно испускают эндогенное спонтанное сверхслабое (10-1000 квант в секунду с 1
см2) свечение – биохемилюминесценцию в спектральной области 360-1200 нм за счет
свободнорадикального окисления ненасыщенных жирных кислот.
Энергию этого свечения поставляют экзотермические химические процессы – акты
распада промежуточных продуктов свободнорадикального окисления – перекисей и
диспропорционирования продуктов распада.
Интенсивность спонтанной биохемилюминесценции усиливается при
стрессах и воспалительных процессах, и ослабляются при наличии в
организме злокачественных опухолей, закономерно изменяется при
некоторых других патологиях, в связи с чем применяется в диагностике.
Глаза кошки обладают удивительным свойством: они светятся в
темноте.
Это
свечение
–
физическое
явление,
называемое
фотолюминесценцией. Фотолюминесценция – это возбужденное светом
оптическое излучение, наступающее после того, как в веществе под
действием света закончится (примерно через 10 10  10 12 сек.) определенный
процесс и наступит квазиравновесие. Поглощая внешний свет, глаза кошки
испускают свет фотолюминесценции с длинами волн, соответствующих
зеленому участку спектра; поэтому они становятся зелеными и светятся
зеленым светом.
Количественное соотношение между теплопотерей каждым из этих путей зависит
при прочих равных условиях от температуры, влажности и движения окружающей среды.
При низких окружающих температурах теплоотдача увеличивается главным образом за
счет излучения. При высоких окружающих температурах потери теплопроводностью и
излучением уменьшаются, может происходить даже, наоборот, поглощение тепла. В этих
условиях теплоотдача происходит за счет испарения значительно увеличивающегося
количества выделяемого пота. Если это является недостаточным, теплорегуляция
организма нарушается, происходит так называемый тепловой удар.
8.5
Современные методы лечения теплом могут быть разделены на три
большие группы: 1) контактное приложение нагретых сред; 2) свето-тепловое
облучение и 3) использование теплоты, образующейся в тканях при
прохождении высокочастотного электрического тока.
Остановимся на использовании нагретых сред. Для теплолечения
выбираются среды, позволяющие создать в них значительный запас теплоты.
Эта теплота затем должна медленно и постепенно передаваться организму во
все время процедуры. Для этого среда должна иметь возможно высокую
теплоемкость и сравнительно низкие теплопроводность и конвекционную
способности. Для теплолечения в основном применяют следующие среды:
воздух, воду, торф, лечебные грязи и парафин.
Воздух при тепловых процедурах применяется в форме местных
суховоздушных ванн. Вода при тепловых процедурах применяется в виде
общих и местных ванн, температура которых доходит до 40 0 С . Торф и
лечебные грязи обладают не только тепловым, но и биохимическим
действием за счет всасывания из них некоторых веществ через кожу.
Тепловые свойства этих сред близки к воде, но отсутствие конвекции создает
значительную разницу в температуре слоя, непосредственно прилегающего к
коже, который быстрее охлаждается, и слоев, находящихся на некотором
расстоянии. В связи с этим торф и грязь предварительно нагревают до более
высокой температуры 40  45 0 С . Весьма распространенной местной
тепловой процедурой является аппликация парафина. Расплавленный и
нагретый до температуры 60  65 0 С парафин с помощью кисти наносят
толстым слоем на поверхность, которую затем укутывают одеялом. Для
тепловых процедур применяют также песок и глину, тепловые свойства и
способ применения которых близки к таковым торфа или грязи.
В лечебной практике применяется
также местное охлаждение,
достигаемое путем приложения резиновых пузырей с измельченным льдом.
В процессе постепенного плавления лед оказывает длительное охлаждающее
действие.
Вопросы для самоконтроля.
1. Что изучает термодинамика?
2. Что такое термодинамическая система? Какие бывают типы
термодинамических систем?
3. Что такое равновесное состояние термодинамической системы?
4. Что такое термодинамический процесс? Какие процессы являются
циклическими, обратимыми и необратимыми?
5. Что такое внутренняя энергия?
6. Что такое энтропия? Что она характеризует?
7. Как изменяется энтропия при обратимых и необратимых процессах?
8. Сформулируйте первое начало термодинамики.
9. Сформулируйте второе начало термодинамики.
10. Напишите формулу Пригожина и дайте ей объяснение.
11. Опишите стационарное состояние живого организма при помощи
энтропии, дайте объяснение.
12. Как изменяется энтропия при патологических процессах и гибели
организма.
13. Для чего организму необходимо питание?
14. На каком основании выделенное организмом тепло разделяется на
первичное и вторичное.
15. Сформулируйте уравнение энергетического баланса живого
организма.
16. Расскажите об экспериментальной проверке уравнения теплового
баланса живого организма.
17. Дайте определение теплопродукции.
18. Дайте определение удельной теплопродукции.
19. Как изменяется теплопродукция с изменением массы животных?
20. За счет чего различается теплопродукция животных?
21. Дайте определение теплопроводности.
22. Сформулируйте закон Фурье.
23. Укажите физический смысл коэффициента теплопроводности.
24. Расскажите о теплопроводности тканей организма.
25. Дайте определение конвекции.
26. Укажите формулу для расчета количества теплоты, передаваемого от
поверхности среде при конвекции.
27. Укажите физический смысл коэффициента теплоотдачи при
конвекции.
28. Расскажите о изменении процесса конвекции при жаркой погоде.
29. В каком случае возможен перегрев тела?
30. Что такое парообразование? Что такое испарение?
31. Как и почему изменяется температура испаряющейся жидкости?
32. Где в живом организме происходит испарение?
33. Дайте определение удельной теплоты парообразования.
34. Как зависит потоотделение от температуры и влажности
окружающей среды?
35. Почему теплопотери при испарении в живых организмах не линейно
зависят от температуры?
36. Как происходит теплообмен с помощью излучения?
37. Сформулируйте закон Вина.
38. Сформулируйте закон Стефана – Больцмана для живого организма.
39. Что такое люминесценция? Что такое биохемилюминесценция?
40. Сформулируйте закон Тарусова - Журавлева.
41. От чего зависит количественное соотношение между различными
видами теплопотерь живого организма?
42. Расскажите о методах применения нагретых тел с лечебной целью.
Задачи для самостоятельного решения.
1. Найдите прирост энтропии, если 25 кДж теплоты перешло от тела с
Т1  300К к телу с Т 2  301К .
2. Ежедневно с потребляемой пищей работник физического труда получает
около 17 МДж. В течение дня он выполняет работу 10 МДж. Какая доля
получаемой с пищей энергии превращается в полезную работу?
3. Каково полное количество теплоты, выделяемое человеком за сутки, если
масса человека 70 кг и удельная теплопродукция человеческого тела равна
1,6
Дж
?
кг  с
4. Определить коэффициент теплопроводности мышечной ткани животного,
если за 10 минут через 1 дм2 ее поверхности прошло 680 Дж теплоты?
Толщина ткани 1 см, изменение температуры на этом расстоянии 20 0С.
5. Какое количество теплоты затрачивает человек на испарение пота, если за
сутки он выделяет 0,5 л пота? Удельная теплота парообразования воды 2250
кДж/кг.
6. Каково полное количество теплоты, выделяемое человеком за сутки, если
масса человека 70 кг и удельная теплопродукция человеческого тела равна
1,6
Дж
?
кг  с
7. На какую длину волны приходится максимум излучения абсолютно
черного тела, имеющего температуру, равную температуре человеческого
тела?
8. Вычислить энергию, теряемую человеком ежесекундно при теплообмене
лучеиспусканием (и поглощением) с окружающей средой. Рассмотрим два
случая: а) раздетый человек; б) человек, одетый в костюм из шерстяной
ткани. Принять коэффициент поглощения кожи человека ε1=0,9, шерстяной
ткани ε2=0,78. Температура поверхности кожи 30 0С, поверхности ткани 20
0
С и окружающего воздуха 18 0С. Площадь поверхности, через которую
осуществляется теплообмен лучистой энергии с окружающей средой, считать
равной 1,2 м2