Обчисліть енергію, яку втрачає людина кожну секунду під час теплообміну з оточуючим середовищем. Розгляньте 2 випадки: 1) роздягнута людина; 2) людина, одягнута в костюм з вовняної тканини. Коефіцієнти поглинання: шкіри людини – k1 = 0,9; поверхні тканини – k2 = 0,76; температура поверхні шкіри t1 = 30 °С; поверхні тканини t2 = 20 °С та оточуючого повітря t3 = 18 °С. Площа поверхні, через яку здійснюється теплообмін енергією з оточуючим середовищем, дорівнює 1,2 м2
Ответы
Ответ:
Кількість теплоти, яку втрачає людина при теплообміні з довкіллям, визначається законом Ньютона охолодження:
Q = k * S * (t1 - t3)
де:
Q - кількість теплоти, що втрачається за одиницю часу, Дж/с
k - коефіцієнт тепловіддачі, Дж/(з * м2 * ° С)
S - площа поверхні теплообміну, м2
t1 – температура поверхні тіла, °С
t3 – температура навколишнього середовища, °С
У нашому випадку:
k = k1 * k2 = 0,9 * 0,76 = 0,724 Дж / (з * м2 * ° С)
S = 1,2 м2
t1 = 30 °С
t3 = 18 °С
Підставляючи ці значення формулу, отримуємо:
Q = 0,724 Дж/(з * м2 * ° С) * 1,2 м2 * (30 ° С - 18 ° С)
Q = 2,16 Дж/с
Таким чином, роздягнена людина втрачає кожну секунду 2,16 Дж теплоти.
Розрахунок для людини в костюмі з вовняної тканини
У цьому випадку теплообмін відбувається через поверхню шкіри та через поверхню тканини. Тому кількість теплоти, що втрачається людиною, буде дорівнює сумі теплоти, що втрачається через шкіру, і теплоти, що втрачається через тканину:
Q = Q1 + Q2
де:
Q1 - кількість теплоти, що втрачається через шкіру, Дж/с
Q2 - кількість теплоти, що втрачається через тканину, Дж/с
Кількість теплоти, що втрачається через шкіру, розраховується за такою формулою:
Q1 = k1 * S * (t1 - t3)
Кількість теплоти, що втрачається через тканину, розраховується за такою формулою:
Q2 = k2 * S * (t2 - t3)
У нашому випадку:
Q1 = 0,9 * 1,2 м2 * (30 ° С - 18 ° С) = 2,16 Дж / с
Q2 = 0,76 * 1,2 м2 * (20 ° С - 18 ° С) = 0,648 Дж / с
Підставляючи ці значення формулу, отримуємо:
Q = 2,16 Дж/с + 0,648 Дж/с
Q = 2,808 Дж/с
Таким чином, людина в костюмі з вовняної тканини втрачає кожну секунду 2,808 Дж теплоти.
Висновок
Як видно з розрахунків, людина, одягнена в костюм із вовняної тканини, втрачає менше тепла, ніж роздягнена людина. Це з тим, що вовняна тканина має вищий коефіцієнт тепловіддачі, ніж шкіра.
Объяснение: