Question

Выдыхаемый воздух зимой нагревается, например, от -15˚С до почти 36˚С. Определите потери тепла ΔQ за счет дыхания. Человек в час выдыхает ≈2м3 (2,2кг) воздуха. Каков механизм сокращения потерь?

Answer 1

Ответ:

Объяснение:

Дано:

ΔT = Δt = (36-(-15)) = 51 К

V = 2 м³

m = ρ·V = 1,3·2 = 2,6 кг

i = 5 - число степеней свободы воздуха

M = 29·10⁻³ кг/моль - молярная масса воздуха

_________________

ΔQ - ?

Будем считать процесс изобарным.

Тогда:

ΔQ = (m/M)·R·ΔT·(i/2 + 1)

ΔQ = (2,2/(29·10⁻³))·8,31·51·(5/2 + 1) ≈ 113 кДж

Чтобы сократить потери тепла, человек в холодное время прикрывает рот шарфом, потребляет более калорийную пищу)

Answer 2

Для определения потерь тепла ΔQ за счет дыхания, можно воспользоваться формулой для изменения тепла (Q):

Q = m * c * ΔT,

где: Q - изменение тепла (в джоулях или калориях), m - масса вещества (в данном случае, воздуха) в килограммах, c - удельная теплоемкость вещества (в джоулях или калориях на градус Цельсия), ΔT - изменение температуры в градусах Цельсия.

Сначала найдем изменение температуры (ΔT):

ΔT = конечная температура - начальная температура = 36°C - (-15°C) = 51°C.

Теперь у нас есть ΔT, но нам нужно найти удельную теплоемкость (c) для вдыхаемого и выдыхаемого воздуха. Удельная теплоемкость зависит от состава вещества. Обычно для воздуха используется удельная теплоемкость при постоянном давлении (Cp), которая примерно равна 1005 дж/(кг·°C).

Теперь мы можем найти потери тепла ΔQ:

ΔQ = m * c * ΔT = 2.2 кг * 1005 дж/(кг·°C) * 51°C = 112355 дж (или 112.36 кДж).

Таким образом, человек, выдыхая 2 м³ воздуха зимой, потеряет примерно 112.36 кДж тепла при нагревании выдыхаемого воздуха с -15°C до 36°C.

Механизм сокращения потерь тепла при дыхании включает в себя различные адаптации организма. Например, нос и верхние дыхательные пути служат для увлажнения и нагревания вдыхаемого воздуха, что снижает потери тепла. Кроме того, легкие и бронхи тоже играют роль в этом процессе. Человеческий организм спроектирован так, чтобы максимально эффективно использовать тепло, выделяемое при дыхании, и минимизировать потери тепла.