De maximale buitentemperatuur berekenen
Ybe stelde deze vraag op 11 maart 2021 om 12:38.Ik heb waarschijnlijk iets fout gedaan bij het berekenen. Ik kom namelijk uit op 15 Kelvin, maar denk niet dat dit realistisch is.
Ik heb zelf gebruik gemaakt van een massa van 80,0 kg en een lengte van 1,80 m
Hierbij de opgave:
Reacties
Theo de Klerk
op
11 maart 2021 om 14:23
Bij een afgifte van 60W blijft het lichaam op dezelfde temperatuur om de metabole processen te ondersteunen. Wordt een deel daarvoor bedoeld toch uitgestraald, dan zal de lichaamstemperatuur dalen. Onder de 34 graden krijgt het menselijk lichaam te maken met functieuitval en uiteindelijk dood.
Om op de gewenste lichaamstemperatuur van 37 graden te komen of te blijven moet de productie van 60 W niet aan de omgeving worden afgestaan.
Bij een hogere dan lichaamstemperatuuromgeving draait het proces om: er wordt door het lichaam uit de omgeving energie opgenomen en het lichaam wordt warmer. Ook hier is een maximum van enkele graden hoger dan 37 graden toelaatbaar alvorens het lichaam oververhit raakt en ook kan sterven. Het lichaam zal proberen veel energie kwijt te raken door zweetvocht te produceren en te verdampen: dat kost veel energie en daarmee daalt de lichaamsenergie en temperatuur.
Als meer energie wordt uitgestraald dan opgenomen, koelt het lichaam af. Zolang de afkoeling niet onder 35 graden komt is er nog "niets" aan de hand. Zo zou alle energie meteen uitgestraald kunnen worden als
Pproductie = Pafgifte
Niets is dan meer beschikbaar voor de metabole processen en de lichaamstemperatuur gaat dalen (tot de dood intreedt onder 34 graden).
De temperatuur waarbij alle energie wordt weggestraald in de omgeving gebeurt als
60 ≥ 1/6 √(1,8 x 80) ΔT/R
60 ≥ 12/(6. 0,5) ΔT = 4 ΔT
ΔT ≤ 15º
Dus boven de 37-15=22 graden buitentemperatuur sta je minder energie af dan je produceert (elke seconde). Maar onvoldoende om je metabole processen aan de gang te houden en je lichaamstemperatuur zal blijven dalen tot de fatale 34 graden. Maar tijdelijk kun je in je blootje dus onder de 22 graden meer uitstralen dan je innam.
De reden om kleren (dun T-shirt of dikke trui) te dragen is de ΔT tussen lichaam en omgeving (=lucht tussen lichaam en T-shirt of trui) zo klein mogelijk te houden en daarmee de warmteuitstraling naar de omgeving te beperken - alle manieren om energietransport via geleiding, convectie of straling te minimaliseren.
De opgave is een wat simplistische weergave van het lichaam natuurlijk. De buitenkant zal sneller afkoelen dan de binnenkant waar de ingewanden zitten die het langst warm gehouden zullen worden als overlevingsstrategie.
Vergelijk het met een grote emmer water met een variabel gat. Dat gat is de warmtestroom. Met een kraan vul je de emmer. De kraan is je lichaamswarmteproductie. Zolang de kraan de emmer vol houdt is het vaak goed (bij overstroming: zweten). Als het gat groter wordt (groter temperatuursverschil) en uiteindelijk te groot dan loopt de emmer langzaam toch leeg. Dat gaat door tot het moment dat door het gat evenveel wegstroomt als er door de kraan wordt toegevoerd.
Zie ook https://www.zuniv.net/physiology/book/chapter21.html
Om op de gewenste lichaamstemperatuur van 37 graden te komen of te blijven moet de productie van 60 W niet aan de omgeving worden afgestaan.
Bij een hogere dan lichaamstemperatuuromgeving draait het proces om: er wordt door het lichaam uit de omgeving energie opgenomen en het lichaam wordt warmer. Ook hier is een maximum van enkele graden hoger dan 37 graden toelaatbaar alvorens het lichaam oververhit raakt en ook kan sterven. Het lichaam zal proberen veel energie kwijt te raken door zweetvocht te produceren en te verdampen: dat kost veel energie en daarmee daalt de lichaamsenergie en temperatuur.
Als meer energie wordt uitgestraald dan opgenomen, koelt het lichaam af. Zolang de afkoeling niet onder 35 graden komt is er nog "niets" aan de hand. Zo zou alle energie meteen uitgestraald kunnen worden als
Pproductie = Pafgifte
Niets is dan meer beschikbaar voor de metabole processen en de lichaamstemperatuur gaat dalen (tot de dood intreedt onder 34 graden).
De temperatuur waarbij alle energie wordt weggestraald in de omgeving gebeurt als
60 ≥ 1/6 √(1,8 x 80) ΔT/R
60 ≥ 12/(6. 0,5) ΔT = 4 ΔT
ΔT ≤ 15º
Dus boven de 37-15=22 graden buitentemperatuur sta je minder energie af dan je produceert (elke seconde). Maar onvoldoende om je metabole processen aan de gang te houden en je lichaamstemperatuur zal blijven dalen tot de fatale 34 graden. Maar tijdelijk kun je in je blootje dus onder de 22 graden meer uitstralen dan je innam.
De reden om kleren (dun T-shirt of dikke trui) te dragen is de ΔT tussen lichaam en omgeving (=lucht tussen lichaam en T-shirt of trui) zo klein mogelijk te houden en daarmee de warmteuitstraling naar de omgeving te beperken - alle manieren om energietransport via geleiding, convectie of straling te minimaliseren.
De opgave is een wat simplistische weergave van het lichaam natuurlijk. De buitenkant zal sneller afkoelen dan de binnenkant waar de ingewanden zitten die het langst warm gehouden zullen worden als overlevingsstrategie.
Vergelijk het met een grote emmer water met een variabel gat. Dat gat is de warmtestroom. Met een kraan vul je de emmer. De kraan is je lichaamswarmteproductie. Zolang de kraan de emmer vol houdt is het vaak goed (bij overstroming: zweten). Als het gat groter wordt (groter temperatuursverschil) en uiteindelijk te groot dan loopt de emmer langzaam toch leeg. Dat gaat door tot het moment dat door het gat evenveel wegstroomt als er door de kraan wordt toegevoerd.
Zie ook https://www.zuniv.net/physiology/book/chapter21.html