Question

Человек при спокойном ритме дыхания совершает около 15 вдохов и выдохов в минуту. В среднем объём вдыхаемого воздуха при таком дыхании составляет 2 литра. Температура воздуха в комнате 24C, а выдыхаемого 34C, давление нормальное атмосферное. Пренебрегая изменением химического состава воздуха, и считая его идеальным газом, найдите потери энергии человеком за время ночного сна (8 часов), вычислите мощность тепловых потерь через дыхание. Сравните найденную величину со средней мощностью тепловых потерь через поверхность тела во время сна (примите последнюю за 100 Вт). Оцените тепловую мощность потерь на дыхание при интенсивной нагрузке. Сравните ее с мощностью теплового потока потерь через поверхность тела при средней и интенсивной нагрузке.

Answer 1

Ответ:

Объяснение:

n/t=15 вдохов. в минуту = 15/60 вдохов в секунду

при вдохе V1=0,002m^3

за секунду V1*n/t=0,002m^3*15/60 вдохов в секунду=0,0005m^3/сек

в молях

v/t = V1*n/(t*V0)=0,0005m^3/сек/0,0224 m^3 = 0,0223 моль/сек

воздух двухатомный идеальный газ, молекула имеет i=5 степеней свободы

показатель адиабаты Г = (i+2)/i = 7/5

давление в помещении не меняется поэтому используем молярную теплоемкость ср

ср=Г* R/( Г-1) = (7/5)*R / (2/5) = 7/2 R = 3,5 R

мощность потерь тепла = количество газа*теплоемкость*изменение температуры

P=v/t *ср *(T2-T1) =  0,0223 *3,5*8,31*(34-24) Вт = 6,48 Вт - если сравнить с потерями тепла через поверхность, то потери тепла через дыхание намного меньше

в 100/6,48 = 15,4 раз

за ночь выделится тепло

Q = P*t = 6,48*8*60*60 Дж = 186795 Дж ~ 187 кДж

***********************************

Оцените тепловую мощность потерь на дыхание при интенсивной нагрузке. Сравните ее с мощностью теплового потока потерь через поверхность тела при средней и интенсивной нагрузке.

**************************************

думаю что здесь нужно подсчитать число вдохов выдохов при нагрузке, вычислить то же самое при  n/t =? вдохов. в минуту и сравнить с табличными данными потерь при нагрузке. таких таблиц у меня нет. поэтому сделаете самостоятельно.

Answer 2

Для того чтобы рассчитать потери энергии через дыхание человека, мы можем использовать первый закон термодинамики, который гласит, что изменение внутренней энергии равно работе, совершенной над системой плюс тепло, переданное системе:

ΔU = Q - W

где ΔU - изменение внутренней энергии, Q - тепло, W - работа.

Сначала давайте рассчитаем количество вдыхаемого и выдыхаемого воздуха за 8 часов сна:

15 (вдохов/мин) * 2 (литра/вдох) * 60 (мин/час) * 8 (часов) = 14400 литров воздуха

Теперь рассчитаем изменение температуры воздуха при дыхании. Разница между температурой вдыхаемого и выдыхаемого воздуха составляет:

ΔT = 34°C - 24°C = 10°C

Теперь мы можем рассчитать количество переданной тепловой энергии через дыхание:

Q = m * c * ΔT

где Q - тепло, m - масса воздуха, c - удельная теплоемкость воздуха, ΔT - изменение температуры.

Масса воздуха можно рассчитать, зная, что 1 литр воздуха при нормальных условиях имеет массу около 1.225 г:

m = 14400 литров * 1.225 г/л = 17640 г

Удельная теплоемкость воздуха при постоянном давлении составляет около 1005 Дж/(кг·°C).

Теперь мы можем рассчитать переданную тепловую энергию:

Q = 17640 г * (1005 Дж/(кг·°C)) * 10°C = 1 776 420 Дж (или 1.77642 МДж)

Теперь давайте рассчитаем мощность тепловых потерь через дыхание за 8 часов сна:

Мощность = Q / время = 1.77642 МДж / (8 часов * 3600 секунд) ≈ 62.4 Вт

Таким образом, мощность тепловых потерь через дыхание человека во время ночного сна составляет около 62.4 Вт. Это существенно меньше, чем средняя мощность тепловых потерь через поверхность тела во время сна, которую вы приняли равной 100 Вт.

Если рассмотреть интенсивную нагрузку, мощность тепловых потерь через дыхание увеличится, так как человек будет более активным и дыхать чаще. Однако, даже при интенсивной нагрузке мощность тепловых потерь через дыхание будет меньше, чем мощность тепловых потерь через поверхность тела, так как большая часть энергии теряется через кожу и испарение пота при интенсивной физической активности.