человек в условиях холода реферат

Похожие вопросы

спросил от Катенька в категории Другое спросил от Егор в категории Другое спросил от Юлия в категории Другое спросил от Davifov в категории Другое

zhauap.kz

План интегрированного урока физики и самопознания «Роль тепловых явлений в жизни живых организмов. Человек в условиях холода.»

План интегрированного урока физики и самопознания

Школа:КГУ «Вагулинская СШ»

Дата:__________ № 5

Педагог: Шарипов Т.Т., Ковылина В.В.

Класс:8

Кол-во уч-ся:10

Тема: Роль тепловых явлений в жизни живых организмов. Человек в условиях холода.

Цель: углубить представления учащихся о роли тепловых явлений в жизни живых организмов и существовании человека в условиях холода.

Задачи:

1. Объяснить роль тепловых явлений в жизни живых организмов и существовании человека в условиях холода;

2. Развить умения учащихся применять полученные знания;

3. Воспитывать в учащихся чувства душевной теплоты, любви и добра.

Ресурсы: учебник физики 8 класса, рабочие тетради, лепестки ромашки для закрепления урока, фломастеры, магниты, музыкальное сопровождение

Ход урока

1. Вводно-мотивационная часть.

1. Позитивный настрой «Концентрация на свете».

Пожалуйста, сядьте удобно, спинку держите прямо. Руки и ноги не скрещивайте. Руки можно положить на колени или на стол. Расслабьтесь. Закройте, пожалуйста, глаза.

Представьте, что солнечный свет проникает в вашу голову и опускается в середину груди. В середине груди находится бутон цветка. И под лучами солнца бутон медленно раскрывается, лепесток за лепестком. В вашем сердце расцветает прекрасный цветок, свежий и чистый, омывая каждую мысль, каждое чувство, эмоцию и желание.

Представьте, что свет начинает все более и более распространяться по вашему телу. Он становится сильнее и ярче. Медленно опускается вниз по рукам. Ваши руки наполняются светом и освещаются. Руки будут совершать только добрые, хорошие действия и будут помогать всем. Свет опускается вниз по ногам. Ноги наполняются светом и освещаются. Ноги будут вести вас только к хорошим местам для совершения добрых дел. Они станут инструментами света и любви.

Далее свет поднимается к вашему рту, языку. Язык будет говорить только правду и только хорошие, добрые слова. Направьте свет к ушам. Уши будут слышать хорошие слова, прекрасные звуки. Свет достигает глаз. Глаза будут смотреть только на хорошее и видеть только хорошее. Вся ваша голова наполнилась светом, и в вашей голове только добрые, светлые мысли.

Свет становится все интенсивнее и ярче и выходит за пределы вашего тела, распространяясь расширяющимися кругами. Направьте свет всем вашим родным, учителям, друзьям, знакомым. Пошлите свет и тем, с кем у вас временное непонимание, конфликты. Пусть свет наполнит их сердца. Пусть этот свет распространится на весь мир: на всех людей, животных, растения, на все живое, повсюду… Посылайте свет во все уголки Вселенной. Мысленно скажите: «Я в свете…Свет внутри меня… Я есть Свет». Побудьте еще немного в этом состоянии Света, Любви и Покоя…

Теперь поместите этот Свет снова в ваше сердце. Вся Вселенная, наполненная Светом, находится в вашем сердце. Сохраните ее такой прекрасной. Потихонечку можно открывать глаза. Спасибо.

1. Проверка домашнего задания. Ответить на вопросы:

— Какие виды теплопередачи вы знаете?

— В чем заключается явление теплопроводности?

— Чем различается различная теплопроводность веществ?

— Какие вещества имеют наибольшую теплопроводность?

— Какие вещества имеют наименьшую теплопроводность? Где они используется?

— приведите примеры применения хороших и плохих проводников тепла в домашних условиях.

1. Цитата урока.

«В каждом из нас есть божья искра, даны равные шансы развития, и каждый выполняет то, для чего он был предназначен…» С. А. Назарбаева.

— Как вы понимаете смысл данного выражения?

1. Изучение нового материала.

1.Зависимость климата и погоды от Солнца. От температуры окружающей среды зависит возможность жизни на Земле. Явления, происходящие в природе при изменении температуры тел, называются тепловыми. В жизни людей, животных и растений тепловые явления имеют огромное значение.

Известно, что основным источником тепла на Земле является солнце, точнее солнечная энергия. Солнце воздействует на газообразную оболочку, которая окружает весь земной шар. В результате этого нагревается почва, вода в морях и океанах.

Нагревая почву, солнечное тепло дает жизненную силу находящимся в почве семенам растений, микроорганизмами населяющим ее живым существам. Попадая на растения, солнечный свет вызывает процесс фотосинтеза, рост и развитие растений.

Без солнца не могут обойтись люди и животные. Если не прямо, то косвенно они зависят от него, поскольку не могут жить без воды и пищи.

Кто еще не может прожить без тепла,солнца? А каком тепле говорится?

Суточные и годичные изменения притока солнечного света и тепла на Землю периодически меняют нагрев разных участков суши, океана и атмосферы. Солнце создает гигантский круговорот воды в природе, образует облака и туманы.

нагревая поверхность Земли, солнце приводит в движение массы воздуха, заставляя их перемещаться из одних районов в другие. Эти перемещения сглаживают перепады температуры и влияют на погоду в каждой точке Земли, формируя климат на планете. Это означает, что климат и погода тесно связаны с Солнцем.

Можно предположить, что климат и погода – это жизнь человека, а Солнце– это душевная доброта и любовь. Как жизнедеятельность на Земле, климат и погода зависят от солнечного света, так и течение жизни человека зависит от проявленного к нему добра и любви, и взамен человек (как растения и животные) отдает свое душевное тепло и благодарность.

2.Зависимость жизнедеятельности домашних и диких животных от климата и погоды.

У многих животных выработана определенная реакция для поддержания температуры тела. В практике сельского хозяйства для выживаемости живых организмов и растений в зимний период используются теплозащитные свойства снега.Чем больше толщина (высота, глубина) снежного покрова, тем медленнее передается тепло от земли воздуху, тем медленнее изменяется температура почвы под снегом. Значительное понижение температуры в этом слое может вызвать гибель растений и живых организмов, обитающих на этой глубине

3.Сохранение тепературы внутренней среды организма.Для сохранения теплового баланса в условиях холода человеку потребуется дополнительная энергия. Под влиянием холода человек, «спазмируя» капилляры кожи, способен сохранить свою энергию. Или наоборот, попав в тепло и «расширив» сосуды, выводит ее излишки изорганизма. Перестаивается работа механизмов кожи, через нее тепло либо поступает к внутренним органам, либо выходит наружу. Знания о тепловых явлениях помогают людям конструировать обогреватели для домов, предсказывать погоду, создавать теплоизоляционные и термостойкие материалы, которые используются повсюду – от постройки домой до космических кораблей.

6. Закрепление изученного материала основано на обсуждении вопросов:

— Почему густая шерсть верблюда защищает его от холода жары?

— Что спасает белого медведя от замерзания в условиях Арктики?

— Как изменяется внутренняя энергия организма человека при переохлаждении?

— Как организм человека реагирует на холод?

— Какпонимаетевысказывание «ХОЛОДВДУШЕ«?

7.Домашнее задание

Прочитать параграф № 6, ответить на вопросы после параграфа.

8. Заключительная минута урока.

— Закройте глаза. Расслабьтесь. Подумайте о том, что вы сегодня узнали на уроке. Я желаю вам оставаться всегда добрыми и счастливыми. Откройте глаза. Спасибо за урок.

kopilkaurokov.ru

Урок физики Теплопередача в природе и технике. Роль конвекции в теплообмене. Роль тепловых явлений в жизни живых организмов. Человек в условиях холода.

Пән: Күнi:

Предмет: Физика и астрономия 8 Дата: ___________________________ Тақырып:

Тема: Тепловые явления

Сабақ:

Урок: Теплопередача в природе и технике. Роль конвекции в теплообмене. Роль тепловых явлений в жизни живых организмов. Человек в условиях холода.

Оқыту мен тәрбиелеудiң мiндеттерi: Учебно – воспитательные цели:

1. Образовательная: разъяснить процесс теплопередачи с точки зрения физики, ознакомить учащихся с видами теплопередачи, ее значением в технике и в быту;

2. Воспитательная: воспитание уверенности в познаваемости физических явлений и процессов, понимания взаимосвязи между явлениями и процессами;

3. Развивающая: развитие умения мыслить, всех видов памяти, умение выделять главное, развитие видения логических связей внутри предмета, умение использовать полученные знания на практике.

Мақсат: Задача:

_____________________________________________________________________________________________

Кұрал – жабдықтар, көрнектi құралдар: Оборудование, наглядные пособия:

учебник «Физика и астрономия 8», рабочие тетради, термометр, градусник

Сабақ түрi: Тип урока:

_______________________________________ изучение нового материала

Әдiс – тәсiлдер: Методы:

_____________________________________________________________________________________________

Сабақ барысы. Ход урока:

1. Организационный момент.

II. Опрос домашнего задания: проводится по вопросам к § учебника.

3. Изучение нового материала:

Мы можем привести множество примеров, когда внутренняя энергия тела увеличивается при контакте с более нагретым телом. Так, можно нагреть воздух в колбе, обливая колбу горячей водой или поднося к ней пламя спиртовки. Можно нагреть воду в сосуде, поставив его на горячую плиту. Нагревается ложка, опущенная в горячий чай. Остывает со временем горячая вода в комнате. Такой способ изменения внутренней энергии, называемый теплопередачей, имеет следующий механизм передачи энергии. Частицы более нагретого тела, имея большую кинетическую энергию, при контакте с менее нагретым телом передают энергию непосредственно частицам второго. Существуют три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Эти виды теплопередачи имеют свои особенности, однако передача теплоты при каждом из них всегда идет в одном направлении: от более нагретого тела к менее нагретому. При этом внутренняя энергия более нагретого тела уменьшается, а более холодного — увеличивается.. Внутренняя энергия может передаваться не только непосредственно от одного тела к другому, как, например, от горячей воды к опущенной в нее холодной ложке, но и через промежуточные тела. Так, через стенку чайника часть внутренней энергии от горячей электроплиты передается воде; через металлические трубы отопительной системы тепло передается воздуху, находящемуся в помещении и т.д. Внутренняя энергия может передаваться и от более нагретой части одного и того же тела к другой его части, менее нагретой. Явление передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой или от более нагретого тела к менее нагретому через непосредственный контакт или промежуточные тела называется теплопроводностью. Теплопроводность можно наблюдать на следующем опыте. Нагреем на пламени спиртовки свободный конец медного стержня, укрепленного вторым концом в штативе (рис. 20). Предварительно к стержню с помощью пластилина или носка прикрепим на равных расстояниях друг от друга кнопки. Мы увидим, что, начиная от места нагревания, кнопки будут постепенно отделяться от стержня и падать. В чем же состоит процесс передачи внутренней энергии при теплопроводности? Для объяснения этого явления надо вспомнить внутреннее строение твердых, жидких и газообразных веществ. В твердом теле частицы постоянно находятся в колебательном движении, но не изменяют своего равновесного состояния. По мере роста температуры тела при его нагревании молекулы начинают колебаться интенсивнее, так как увеличивается их потенциальная и кинетическая энергия. Часть этой увеличившейся энергии постепенно передается от одной частицы к другой, т.е. от одной части тела к соседним частям тела. Но не все твердые тела одинаково передают энергию. Среди них имеются так называемые изоляторы, у которых механизм теплопроводности происходит достаточно медленно, К ним относятся асбест, картон, бумага, войлок, гранит, дерево, стекло и ряд других твердых тел. Теплопроводность изоляторов в сотни и тысячи раз меньше по сравнению с теплопроводностью металлов. Объяснить это можно следующим образом. В металлах находится большое число свободных электронов. Они перемещаются в пространстве между узлами кристаллической решетки, из которых состоят все металлы. Эти электроны с большой скоростью переносят свою энергию от более нагретой части металла к его менее нагретой. Поэтому в опыте с нагреванием медного стержня сначала отпадали те кнопки, которые располагались ближе к пламени, а затем по очереди все остальные. Металлы имеют большую теплопроводность, особенно медь, серебро. Они являются хорошими проводниками тепла. В жидкостях внутренняя энергия переносится из более нагретой области в менее нагретую при соударениях молекул и частично за счет диффузии: более быстрые молекулы проникают в менее нагретую область. У жидкостей, за исключением расплавленных металлов, например ртути, теплопроводность невелика. В газах, особенно разреженных, молекулы находятся на достаточно больших расстояниях друг от друга, поэтому их Теплопроводность еще меньше, чем у жидкостей. Явление диффузии при теплопередаче в газах проявляется больше, чем в жидкостях. Совершенным изолятором является вакуум, потому что в нем отсутствуют частицы для передачи внутренней энергии. В зависимости от внутреннего строения теплопроводность разных веществ (твердых, жидких, газообразных) различна. Теплопроводность зависит от характера переноса энергии в веществе и не связана с перемещением самого вещества в теле. Различную теплопроводность веществ вы знаете из жизненного опыта. Так, алюминиевая или серебряная ложка нагревается быстрее по сравнению со стальной. Если вы потрогаете кусок ткани и металлический прут руками в холодный день, то металл покажется вам гораздо холоднее, чем ткань, хотя они имеют одинаковую температуру. Так почему же металл кажется холоднее? Дело в том, что металл проводит тепло от руки быстрее, чем ткань. Существует много простых экспериментов, с помощью которых можно показать различную теплопроводность материалов. Если пламенем спиртовки нагревать концы медного и железного стержней, на которые носком насажены кнопки, то можно легко обнаружить, что быстрее отпадут кнопки с медного стержня, чем с железного (рис. 21). Стеклянный стержень нагревается еще медленнее, чем медный (рис. 22). Почему так происходит? Дело в том, что медь имеет значительно большую теплопроводность, чем железо, а теплопроводность железа больше, чем у стекла. Примером хорошего проводника тепла в домашних условиях является горячий водяной радиатор. Он сделан из металла, чтобы горячая вода внутри его передавала тепло как можно быстрее в комнату и согревала воздух, соприкасающийся с ним. Жидкости плохие проводники теплоты. Если подогревать воду вверху пробирки, вода там быстро закипает. Однако для того чтобы растаял лед на дне пробирки (рис. 23), требуется длительное время. Это говорит о том, что и вода, и стекло — плохие проводники тепла, так как имеют малую теплопроводность. Следует помнить, что плохие проводники тепла и охлаждаются дольше, чем металлические. Вещества с малой теплопроводностью применяют там, где необходимо сохранить энергию. Так, посуда из закаленного стекла длительное время сохраняет горячей пищу, находящуюся внутри. Кирпичные стены хорошо предохраняют воздух в комнате от охлаждения. В морозное утро зимой вы можете увидеть птиц с распушенными перьями. В таком положении между перьями помещается больше воздуха, и птица лучше изолируется от холода.

Теплопроводность воздуха и хлопка приблизительно одинакова, потому что хлопок содержит в себе большое количество воздуха. Плохая теплопроводность газов позволяет взять в руку кусок сухого льда, температура которого —78°С, и даже держать на ладони каплю жидкого азота, имеющего температуру —1 96°С. Это объясняется тем, что при очень энергичном кипении капля жидкости или твердого тела покрывается рубашкой” и образовавшийся слой газа служит теплоизолятором. Такое состояние жидкости образуется и в том случае, когда вода попадает на очень горячую сковороду. Очень важным является создание учеными новых материалов с хорошей теплоизоляцией. Один из таких материалов использован при облицовке корпуса космического корабля. Это плитки на керамической основе толщиной 10 мм. С одной стороны плитки нагреты до температуры 1000°С, с другой стороны не нагреты совсем.

Известно, что теплопроводность воды мала, и при нагревании верхнего слоя воды нижний ее слой остается холодным (см. рис. 23). Однако воду в чайниках, кастрюле, котлах довольно быстро доводят до кипения. Как же нагревается вода? Воздух еще хуже, чем вода, проводит тепло. Почему же зимой во всех частях комнаты устанавливается одинаковая температура? Для того чтобы ответить на эти вопросы, проделаем следующий опыт. Расположим стеклянную трубку с водой над пламенем горелки так, как показано на рис. 25. В обоих концах трубки помещены одинаковые термометры. При нагревании показания одного термометра (на рисунке — слева) остаются почти без изменений, а другого (на рисунке справа) начнут быстро увеличиваться. Слева термометр показывает низкую температуру, так как теплопроводность воды ничтожно мала. Термометр справа показывает большую температуру вследствие того, что вода при нагревании расширяется. Ее плотность при этом уменьшается, и поэтому под действием архимедовой силы более легкие нагретые слои воды поднимаются вверх. Вода в чайнике быстро закипает по этой же причине. Нижние слои воды, нагреваясь, расширяются, становятся легче и поднимаются кверху, а на их место поступает холодная вода. Почему батареи центрального отопления помещаются у пола, а форточки делаются в верхней части окна? Если было бы наоборот, мы быстро бы обнаружили, что комната не прогревается батареей и не проветривается при открытой форточке. При соприкосновении с горячей батареей воздух в нижних слоях комнаты начинает нагреваться. Он расширяется, становится легче и под действием архимедовой силы поднимается вверх, к потолку. На его место приходят более тяжелые слои холодного воздуха. Нагреваясь, они также уходят к потолку. Возникает непрерывное течение воздуха: теплого — снизу вверх и холодного — сверху вниз (рис.26). Открывая форточку, мы впускаем в комнату поток холодного воздуха. Он тяжелее комнатного и идет вниз, вытесняя теплый воздух. Теплый же воздух поднимается вверх и уходит в форточку. В рассмотренных нами случаях мы наблюдаем вид теплопередачи, который называется конвекцией (от лат. слова «смешивание»). Конвекция — это процесс теплопередачи, при котором энергия переносится самими струями жидкости или газа. Итак, в жидкостях и газах, кроме вакуума, теплопередача часто осуществляется конвекцией, т.е. механическим перемещением нагретых частей жидкости или газа. Конвекция отсутствует в твердых телах и не имеет места в вакууме. Почти всегда в жидкостях (или газах) при их соприкосновении с твердыми стенками, имеющими более высокую или более низкую температуру, возникают конвекционные течения. При этом нагревшаяся жидкость (или газ) поднимается вверх, а охладившаяся — опускается вниз. Теплопередачу с помощью конвекции легко можно наблюдать на следующем опыте (рис. 27). Стеклянную колбу с водой, на дне которой теплопроводности, помещен кристаллик марганцевокислого калия, нагревают с помощью пламени спиртовки или свечи. При этом можно наблюдать, как нижние слои окрашенной воды поднимаются вверх, перенося с собой энергию. Более холодные верхние слои воды опускаются вниз и выталкивают нагретую окрашенную воду. Благодаря такому движению вся вода равномерно прогревается. Именно поэтому жидкости и газы нагревают, как правило, снизу: чайник с водой ставят на плиту или на огонь, батареи центрального отопления помещают у пола. В очень узких слоях, например, в слое воздуха между двумя близко расположенными оконными стеклами, конвекционные течения слабы. Познакомившись с явлением конвекции, можно легко объяснить, почему форточки делают в верхней части окна, а керосиновая лампа хорошо разгорается, если на нее надето высокое стекло; почему заводские трубы делают высокими. Конвекционные течения в атмосфере не только играют большую роль для теплопередачи, но и обусловливают ветры. Они вызывают постоянное перемешивание воздуха; благодаря этому воздух в разных местах поверхности земли имеет практически один и тот же состав. Конвекционные течения в атмосфере поддерживают процесс горения, обеспечивая приток кислорода к пламени и удаляя продукты сгорания. Простейший опыт, схематично имитирующий этот процесс, изображен на рис. 28. Рассмотренная нами конвекция является естественной, или свободной. Широко используясь в быту и технике, естественная конвекция часто оказывается недостаточной. В таких случаях прибегают к вынужденной конвенции, когда для равномерного и быстрого прогревания жидкостей или газов их перемешивают насосом или мешалкой. В условиях невесомости естественная конвекция невозможна. Поэтому при космических полетах без принудительной конвекции не будет охлаждаться корпус спутника или корабля, гореть свеча. Мы не сможем пользоваться спичками, газовыми горелками, так как продукты горения не удаляются от пламени и оно гаснет из-за недостатка кислорода.

Стоя у раскаленной печи, мы ощущаем тепло. Энергия Солнца передается к нам на Землю. Поднося руку к нагретому утюгу или к пламени костра, мы даже снизу (т.е. там, где подтекает холодный воздух) чувствуем тепло. Как же во всех перечисленных случаях передается тепло? Явно не путем теплопроводности, так как воздух плохой проводник тепла, И не путем конвекции, потому что конвекционные потоки поднимаются всегда вверх. Чтобы ответить на эти вопросы, проделаем опыт, используя теплоприемник (рис. 30). Теплоприемник — это прибор, представляющий собой плоскую круглую коробочку, одна сторона которой черная, а другая блестящая. Внутри него имеется воздух, который при нагревании может расширяться и выходить наружу через отверстие. Соединим теплоприемник с жидкостным манометром и расположим его около сильно нагретой гири или плитки (рис.31). Мы заметим перемещение столбика жидкости в манометре, что указывает на нагревание и расширение воздуха в теплоприемнике при передаче ему тепла от гири. Если поместить между нагретой гирей и приемником тепла экран, например лист бумаги, то нагревание прекращается. В данном случае теплота передается от нагретого тела к теплоприемнику с помощью невидимых глазом тепловых лучей. Этот вид теплопередачи называют излучением, или лучистым теплообменом. В 9 классе вы узнаете, что этими лучами являются электромагнитные волны: радиоволны, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские, световые. В приведенном опыте сильно нагретая гиря излучает, т.е. передает, свою внутреннюю энергию. Наоборот, теплоприемник нагревается, так как получает или поглощает энергию, излучаемую от нагретой гири. Поглощением называется процесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию тела. Излучением (или лучистым теплообменом) называется процесс передачи энергии от одного тела к другому с помощью электромагнитных волн.

От чего зависит интенсивность излучения? Поднесем теплоприемник на одинаковое расстояние поочередно к стакану с горячей водой (40°С), к пламени спиртовки (50⁰— 100°С) и к лампе накаливания (1500°С). Смещение жидкости в теплоприемнике будет наибольшим в последнем случае. Отсюда можно сделать вывод: интенсивность излучения тем выше, чем больше температура тела. Передача энергии излучением не нуждается в среде: тепловые лучи могут распространяться и через вакуум. Путем излучения передается высвобождаемая Солнцем энергия на Землю. Ежесекундно Земля получает при этом энергию около 10¹⁴ кДж. Когда часть поступающей от Солнца энергии поглощается Землей, то наблюдается увеличение внутренней энергии Земли и соответствующее повышение температуры. Излучение, идущее от Солнца, прогревает не только поверхность Земли, но и ее атмосферу, моря и океаны. В жаркую солнечную погоду, желая защититься от солнечного излучения, мы надеваем на голову шляпу. Вспомним, что солнечное излучение особенно сильно нагревает те места нашего тела, которые закрыты темной одеждой. Это означает, что излучение неодинаково протекает в тела, неодинаково нагревает их в зависимости от состояния поверхности. Чтобы убедиться в этом на опыте, теплоприемник поворачивают к нагретому телу сначала черной, а затем блестящей стороной. При этом столбик жидкости в манометре в первом случае перемещается на большее расстояние, чем во втором. Следовательно, белая поверхность хуже поглощает энергию, чем черная. Тела с белой поверхностью и излучают меньше энергия, чем черные, при равной температуре. Доказать это можно на следующем опыте. В два одинаковых сосуда, но выкрашенных один — белой, а другой — черной краской, наливают кипяток и вставляют термометры. Через некоторое время по термометрам можно определить, что вода в черном сосуде остывает быстрее, а в белом — медленнее. Черная поверхность — лучший излучатель и лучший поглотитель, а затем следуют грубая, белая и полированная поверхности. Хорошие поглотители энергии — хорошие излучатели, а плохие поглотители — плохие излучатели энергии. Солнце, с точки зрения физики, — большой самоуправляемый источник огромной энергии. Выделение энергии происходит в центральной части, простирающейся до 1/З его радиуса. На протяжении второй трети радиуса находятся слои, которые передают энергию только путем поглощения и переизлучения энергии. Этот процесс сопутствует уменьшению температуры снаружи. На протяжении последней трети радиуса вещество подобно кипящей жидкости. В нем происходит конвекция, перемешивание вещества, способствующее более быстрому переносу энергии наружу (конвективная зона). Внешние слои Солнца, излучение которых может наблюдаться, называются атмосферой. Свойства атмосферы и происходящие в ней явления во многом определяются конвективной зоной:

отдельные массы поднимающихся в ней горячих газов заставляют колебаться нижние слои атмосферы. В результате этих колебаний порождаются волны, которые распространяются вверх. Эти волны отдают газу наружных слоев свою энергию и нагревают его. По этой причине температура в солнечной атмосфере с некоторого уровня перестает снижаться и начинает повышаться. Для того, чтобы был понятен механизм тепловых процессов, мы рассмотрели теплопроводность, конвекцию и излучение раздельно. Однако часто на практике все они происходят одновременно. Вследствие этого, создавая тот или иной прибор или машину, нужно учитывать все три вида теплопередачи, чтобы действие машин было эффективным. В одних случаях необходимо обогревать и сохранять тепло. В других — очень важно охлаждение. Для обогрева жилища используют домашний радиатор. Металл, из которого изготовлен радиатор, хороший проводник, и поэтому благодаря теплопроводности тепло быстро передается от металла в окружающий воздух. Передача энергии от теплой воды в радиаторе к воздуху в комнате осуществляется за счет теплопроводности, а распределение энергии и прогревание воздуха в помещении — за счет конвенции. Явление конвекции учитывается в системе центрального водяного отопления помещений. Горячая вода с теплоэлектроцентрали подается в расширительный бак, расположенный на чердаке здания. Из бака по системе труб вода поступает в отопительные радиаторы. Здесь вода отдает свою энергию воздуху в помещении и опускается вниз, где она поступает в котел, нагревается в нем и снова поднимается вверх (рис. 32). В последнее время большое внимание уделяется тепловой изоляции домов в целях экономии топлива. В качестве изоляционного материала используют пористые стенки. Стены заполняются таким веществом, как пластмассовая пена, в которой имеются маленькие пузырьки воздуха. В этом случае отсутствует конвекция и улучшается изоляция. Двойные рамы в окне также улучшают изоляцию. Между двумя стеклами содержится слой воздуха, который является хорошим изолятором. На крышах домов размещается изолирующий материал в виде гранул или волокон для предотвращения потерь тепловой энергии путем теплопроводности. Охлаждающие устройства помещаются так, чтобы осуществлялась естественная конвекция. Морозильная камера в холодильнике помещена сверху. В этом случае холодный воздух опускается ко дну, а теплый воздух наверху постоянно охлаждается. Аналогично располагают кондиционеры, вентиляторы, форточки. В сельском хозяйстве виды теплопередачи учитываются и используются в устройстве теплиц, погребов, в защите посадок с помощью снежного покрова. Температура нижнего слоя воздуха, прилегающего к земле, и поверхностного слоя почвы влияет на развитие растений. Днем почва поглощает энергию и нагревается, ночью, наоборот, охлаждается. Причем темная, вспаханная почва сильней нагревается излучением, но быстрее и охлаждается, чем почва, покрытая растительностью. На теплообмен между почвой и воздухом влияет также погода. Большое изменение в тепловой баланс Земли вносят облака. Они задерживают лучи, поэтому в пасмурный день прохладнее, чем в ясный. Зато в ясную ночь холоднее, чем в пасмурную. Заморозки могут наступить только в ясную, безоблачную ночь, когда тепловое излучение почвы больше, чем тепловое излучение атмосферы, и оно не задерживается облаками. Полному использованию излучения Солнца в целях повышения температуры почвы и прилегающего к ней воздуха способствуют теплицы. Участок почвы покрывают стеклянными рамами или прозрачными пленками, которые хорошо пропускают внутрь видимое солнечное излучение. Попадая на темную почву, эти лучи нагревают ее. Тепловая энергия, излучаемая нагретой поверхностью земли, плохо проходит через стекло или пленку. Кроме того, такая поверхность препятствует осуществлению конвекция и действует как энергии. Внутри теплиц температура выше, чем на открытом грунте, примерно на 10°С. Солнечное излучение сильнее нагревает поверхность Земли и атмосферу в низких широтах, чем в высоких, северных. Однако перенос тепла в атмосфере не подобен конвекции в комнате — переносу тепла от горячей печи к холодному окну. Движения воздуха в атмосфере носят очень сложный, беспорядочный характер. Основная причина этого — большая скорость вращения Земли вокруг своей оси. Примером возникновения конвективного течения в атмосфере является образование ветров с больших водоемов к суше и наоборот — морских и береговых бризов. В течение дня температура земли становится выше, чем моря. Теплый воздух расширяется, становится менее плотным. Этот воздух поднимается вверх, а более холодный воздух над морем замещает его. Возникает циркулирующее течение (рис. 33, а). Ночью происходит обратный процесс. Земля быстрее охлаждается до температуры ниже температуры моря. Поэтому воздух над морем теплее воздуха над землей. Возникает циркуляционный конвективный поток в обратном направлении. Днем ветер дует с моря на сушу — морской бриз, ночью — с суши на море — береговой бриз (рис. 33,6). Явления теплопередачи в природе характеризуются огромными масштабами: ветер может достичь скорости 280 км/ч. Самый сильный ветер — торнадо, — способный скрутить металлические столбы, поднять и перенести на другое место автомашину, достигает скорости 300 м/с. В Казахстане на западе между Аралом и Каспием и на юго-востоке имеются области, где постоянно дуют сильные ветры. Одним из таких известных мест являются Жонгарские ворота, находящиеся на юго-востоке республики. Воздушные массы попадают с севера в расщелину Жонгарских горных хребтов, начинающихся на границе между Тянь-Шанем и Жонгарским Алатау. Здесь формируется область высокого атмосферного давления и при этом происходит перемещение более плотных холодных воздушных масс в область менее плотного воздуха. Дуя с юго-востока в течение всего года, эти ветры особенно усиливаются зимой. Прорываясь через Жонгарские ворота на запад, они обусловливают резкое понижение температуры на всем пути следования воздушных масс. Эти ветры холодные и как следствие — сухие. Зимой они формируют очень холодную и малоснежную погоду. Древние казахи и монголы назвали их ветрами Эби”. Позже это явление обнаружил и исследовал русский естествоиспытатель А.И. Воейков и поэтому в его честь воздушная трасса от Жонгарских ворот в Центральной Азии до Европы названа “осью Воейкова”. Для предотвращения таяния льда, мороженого, сохранения горячей пищи и воды пользуются термосом. Колба термоса — очень полезное изобретение, почти полностью исключающее теплопроводность, конвекцию и излучение

(рис. 34). Она состоит из стеклянного сосуда с двойными стенками и пробкой. Из пространства между стенками выкачивается воздух и создается вакуум. Внутренние поверхности стенок, между которыми создан вакуум, посеребрены для уменьшения потерь тепловой энергии через излучение. Причем внутренняя стенка — плохой излучатель, а внешняя стенка — плохой поглотитель энергии. Лишенное воздуха пространство между стенками не может передавать тепловую энергию ни путем теплопроводности, ни путем конвекции. Важна роль пробки. Она предотвращает потери тепла, устанавливающегося над поверхностью жидкости, помещенной в колбу термоса. Чтобы защитить хрупкое стекло от повреждений, термос помещают в картонный или металлический футляр. Сверху футляра навинчивают колпачок. Передача тепловой энергии — это двусторонний процесс, и колба термоса используется Для сохранения как холодных, так и горячих веществ.

Ветры. Все ветры в атмосфере представляют собой конвекционные потоки огромного масштаба. Конвекцией, например, объясняются бризы — ночные и дневные ветры, возникающие на берегах морей и больших озер. В летние дни суша прогревается солнцем быстрее, чем вода, поэтому и воздух над сушей нагревается больше, чем над водой. При этом воздух над сушей расширяется, после чего его давление становится меньше давления более холодного воздуха над морем. В результате, как в сообщающихся сосудах, холодный воздух понизу с моря (где давление больше) перемещается к берегу (где давление меньше) — дует ветер. Это и есть дневной (или морской) бриз.
Ночью вода охлаждается медленнее, чем суша, и над сушей воздух становится более холодным, чем над водой. Теперь более высокое давление оказывается над сушей, и потому воздух начинает перемещаться от берега к морю. Это ночной (или береговой) бриз. Тяга. Мы знаем, что без притока свежего воздуха горение топлива невозможно. Если в топку или печь не будет поступать воздух, то горение прекратится. Для поддержания горения часто используют естественный приток воздуха — тягу. При этом над местом горения топлива устанавливают трубу. Нагреваясь, воздух расширяется, и давление в топке и трубе становится меньше давления наружного воздуха. Вследствие разницы давлений холодный воздух устремляется извне в топку, а теплый поднимается вверх по трубе. Это и есть тяга. С увеличением высоты трубы тяга усиливается, так как, чем выше труба, сооруженная над топкой, тем больше разница давлений наружного воздуха и воздуха в трубе. Водяное отопление. Жители стран, расположенных в умеренных и холодных поясах Земли, вынуждены обогревать свои жилища в холодную погоду. В жилых помещениях наиболее благоприятной для человека считается температура 18 — 20 °С. Для поддержания такой температуры во многих домах применяют водяное отопление. Нагревание воды в системах центрального отопления происходит за пределами отапливаемого помещения (в котельных или теплоэлектроцентралях — ТЭЦ). От нагревателя горячая вода по трубопроводам поступает в здания. Здесь она по главному стояку поднимается вверх, а оттуда — по трубам в отопительные приборы (радиаторы). По мере охлаждения в них вода возвращается вниз и снова поступает к нагревателю. Так осуществляется непрерывная циркуляция воды по всей системе. В небольших зданиях эта циркуляция возникает благодаря естественной конвекции, а в больших городских домах она происходит за счет действия специальных насосов (искусственная или принудительная конвекция). Для предотвращения разрушения отопительной системы (в результате увеличения давления при расширении нагреваемой жидкости) главный стояк снабжают расширительным баком. Термос. Теплопередача от более нагретого тела к более холодному приводит к выравниванию их температур. Поэтому, например, горячий чайник, снятый с плиты, при соприкосновении с окружающим воздухом через некоторое время остывает. Чтобы помешать телу остывать (или нагреваться), нужно предотвратить возможный теплообмен, причем во всех его трех проявлениях (при конвекции, теплопроводности и излучении). Это достигается путем помещения тела в специальный сосуд — сосуд Дьюара, который был изобретен в 1892 г. английским ученым Джеймсом Дьюаром. Сосуды Дьюара вначале применялись лишь для хранения легкоиспаряющихся сжиженных газов (например, жидкого гелия). Впоследствии их стали применять и в бытовых целях — для сохранения при неизменной температуре помещаемых в них пищевых продуктов. Такие сосуды Дьюара стали называть термосами. Термоса, предназначенный для хранения жидкостей, состоит из стеклянного сосуда с двойными стенками. Внутренняя поверхность этих стенок покрыта блестящим металлическим слоем, а из пространства между стенками выкачан воздух. Чтобы защитить стеклянный корпус термоса от повреждений, его помещают в картонный или металлический футляр. Сосуд закупоривают пробкой, а сверху футляра навинчивают колпачок. Термос устроен таким образом, что теплообмен его содержимого с окружающей средой сведен до минимума. Отсутствие воздуха между его стенками препятствует переносу энергии путем конвекции и теплопроводности, а блестящий слой на внутренней поверхности термоса препятствует передаче энергии излучением.

Упражнение 2.

1. На севере меховые шапки носят, защищаясь от холода, а на юге (в Туркмении) — от жары. Объясните, почему.

2. В алюминиевую и стеклянную кастрюлю одинаковой вместимости наливают горячую воду. Какая из кастрюль быстрее нагреется до температуры налитой в нее воды?

3. Какой из кирпичей — обыкновенный или пористый обеспечит лучшую теплоизоляцию здания? Почему?

4. На каком из участков поля — покрытом снегом или льдом лучше сохранятся озимые посевы? Почему?

5. Почему каменный пол кажется более холодным, чем деревянный, в одном и том же помещении?

6. В каком случае нагретая деталь быстрее охладится: если положить ее на деревянную подставку или на стальную плиту? Почему?

7. Мука из-под жерновов выходит горячей. Хлеб из печи также вынимают горячим. Чем вызывается в каждом из этих случаев увеличение внутренней энергии тела (муки, хлеба)? 8. В одном стакане находится холодная вода массой 200 г, в другом горячая той же массы. В каком из стаканов вода имеет большую внутреннюю энергию?

Упражнение З.

1. Почему в то время, когда начинает топиться печь, в комнате наблюдается понижение температуры воздуха?

2. В какой трубе лучше образуется тяга: кирпичной или металлической, если они имеют одинаковый диаметр и одинаковую высоту?

З. В летний день в густом лесу воздух среди деревьев теплее, чем у поверхности земли, а ночью воздух бывает больше теплым у поверхности земли. Почему?

4. В какой из кастрюль: М1 или М2 (рис. 29) содержимое охладится быстрее?

5. В каких телах может проходить конвекция: в твердых телах, жидкостях, газах?

6. Каким образом в утюге осуществляется теплопередача от внутренней горячей части к внешней поверхности?

Упражнение № 4

1. Почему чистое оконное стекло под действием солнечных лучей почти не нагревается, а стекло закопченное становится теплым?

2. Один утюг нагрет до температуры 400°С, другой — до температуры 200°С. Излучение какого из них больше? Почему?

3. В каком из чайников — светлом или законченном — кипяток остынет быстрее?

4. Почему снег, покрытый сажей или грязью, тает быстрее, чем чистый?

5. Какими способами передается тепло от Солнца к Земле?

6. Почему города, в которых воздух загрязнен пылью и дымом, получают меньше солнечной энергии?

7. В какой обуви больше мерзнут ноги зимой: в просторной или в тесной?

8. В каком платье летом менее жарко: в белом или темном?

IV. Закрепление пройденной темы.

V. Подведение итогов урока.

VI. Домашнее задание: § 5, 6, 7, 8 Упражнения № 3-4

infourok.ru

Физическая работоспособность в холодных условиях

Во время мышечной работы в холодных условиях теплоизоляция тела существенно снижается и усиливаются потери тепла (проведением с конвекцией). Это означает, что для поддержания теплового баланса необходимо большее теплообразование, чем в условиях покоя. По мере снижения внешней температуры, т. е. увеличения температурного градиента между телом и окружающей средой, теплопродукция во время мышечной работы должна возрастать, Если мышечная деятельность недостаточно интенсивна, чтобы обеспечить дополнительное теплообразование, температура тела падает ниже нормальной (гипотермия).

При нагрузках небольшой мощности (с потреблением О2 до 1,2-1,4 л/мин) скорость потребления О2-в условиях пониженной температуры воздуха выше, чем в комфортных температурных условиях. При более высоких нагрузках (потребление О2 выше 1,4 л/мин) скорость потребления О2 не зависит ог внешней температуры. При одинаковой скорости потребления О2 работа в холодных условиях вызывает некоторое понижение ЧСС и повышение систолического объема по сравнению с такой же работой в термонейтральных условиях.

Повышенные энергетические расходы (более высокая скорость потребления О2) при работе относительно небольшой мощности в холодных условиях связаны с холодовой дрожью, которая исчезает с увеличением нагрузок до значительных. При легких нагруз-ках ректальная температура снижается, а при тяжелых остается практически на таком же уровне, что и в комфортных условиях. Таким образом, начиная & некоторой мощности физической нагрузки (скорость потребления О2 около 2 л/мин), когда достигается критический уровень теплопродукции, который соответствует тепло-потерям, исчезает холодовая дрожь и стабилизируется регуляция рабочей температуры тела.

При нормальной или повышенной (в результате мышечной деятельности) температуре тела МПК и максимальная ЧСС остаются практически неизменными в холодных условиях, однако легочная вентиляция несколько усиливается, а предельное время бега на уровне МПК снижается. Гипотермия, ведет к снижению МПК: при температуре ядра тела ниже 37,5° оно уменьшается на 5-6% с каждым градусом падения температуры тела. В основе такого снижения МЙК лежит уменьшение сердечного выброса из-за падения максимальной ЧСС. В условиях гипотермии выносливость человека снижается: уменьшается предельное время выполнения работы постоянной аэробной мощности, хотя субъективная оценка тяжести нагрузки не зависит от температуры тела.

Максимальная динамическая сила в известных пределах прямо связана с мышечной температурой. Поэтому в упражнениях, требующих проявления большой динамической силы (спринт, прыжки), результаты снижаются в холодных условиях среды, вызывающих падение мышечной температуры.

Тренировочные занятия и соревнования в ряде видов спорта (конькобежном, лыжном и др.) часто проходят в холодную погоду. Однако за исключением сильных морозов и ветра холодные условия не представляют обычно серьезной проблемы для регуляции температуры тела и работоспособности спортсмена, прежде всего благодаря интенсивной мышечной деятельности, при которой в теле спортсмена образуется очень большое количество метаболического тепла. За счет этого тепла возможно значительное нагревание тела и поддержание его повышенной рабочей температуры даже в холодных условиях. Так, если непроизвольная холодовая дрожь может увеличить основной обмен максимально в 2-5 раз, то напряженная мышечная деятельность — в 20-30 раз. Отдача тепла в» атмосферу в холодных условиях легко происходит за счет проведения с конвекцией и радиации, а при потоотделении — за счет испарения пота. Более того, в условиях пониженно’й (но не морозной) температуры окружающей среды облегченные условия для теплоотдачи создают предпосылки для большей работоспособности в упражнениях на выносливость, чем при работе в жарких условиях. Например, у спортсмена после марафонского бега, проходившего при температуре воздуха около 12°, ректальная температура была даже ниже, чем до бега (соответственно 37 и 37,3°).

Определенные проблемы возникают лишь в начале пребывания на холоде или когда в этих условиях выполняется повторная работа с чередованием периодов высокой мышечной активности и отдыха. В этих случаях важное значение имеет спортивная одежда, предотвращающая охлаждение тела из-за быстрых теплопотерь. Лишь в исключительно холодных условиях количество теряемого тепла может превышать продуцируемое при мышечной деятельности с развитием состояния гипотермии.

studfiles.net

Воздействие холода на организм человека

Воздействие на сосудистую систему органов. При быстром воздействии холода сосуды кожи резко сжимаются. Это тренирует и укрепляет сосуды и капилляры. Возрождение капилляров приводит к тому, что все наши внутренние органы и сама кожа становится здоровее.

Действие на сердце. Под влиянием холода не только изменяется количество сердечных сокращений, но и сам характер толчка. Под воздействием умеренных нагрузок холодом исчезает аритмия или значительно улучшается ритм сердечных сокращений. Замедление пульса происходит от действия холода как непосредственно на сердечную область или спину, так и в результате общих процедур. К сильнейшим среди них относится влажное обертывание.

Влияние на состав крови. От применения общих холодных процедур достаточной интенсивности увеличивается количество лейкоцитов и красных кровяных телец. Наибольшее увеличение зафиксировано через 1 час после закаливающей процедуры.

Влияние на дыхание. Краткое воздействие холода, как в виде обливания, душа, так и локализованное на затылке (лед на шейные позвонки) вызывает сначала остановку дыхания на усиленном вдохе, затем учащение дыхания. В результате значительно увеличится (до 300-1500 кубических сантиметров) легочная вентиляция.

Влияние на мускульную силу. Давно известен факт, что при правильном водолечении мышечная сила увеличивается. Холодные процедуры хорошо восстанавливают работоспособность утомленного организма.

Влияние на нервную систему. Чем больше разница температуры воды и телом человека, тем сильнее раздражение нервной системы: холодные температуры приносят освежение, более теплые успокоение. Это главнейший фактор в технике применения водных процедур.

Влияние на обмен веществ. Замечено, что под влиянием водных процедур азот пищи лучше усваивается. Мочевина, мочевая кислота и другие ненужные соединения при правильном водолечении выводится из организма в увеличенном количестве.

Благодаря этому, при лечении болезней обмена веществ можно регулировать все виды обмена. Водные процедуры улучшают кровообращение, что позволяет успешно бороться с отложением мочевой кислоты.

Воздействие тепла на организм и процессы, активизируемые им.

Стрессовое воздействие. Достаточной силы тепловые процедуры, особенно баня, оказывают на организм человека стрессовое влияние. Если это грамотно использовать, то можно активизировать защитные силы и укрепить организм. Так, умеренная баня встряхивает, обновляет, тонизирует человеческий организм. Именно поэтому выходишь из бани в прекрасном настроении.

Влияние на картину крови. Академик И.Р.Тарханов доказал, что после банной процедуры количество эритроцитов и гемоглобина увеличивается. Новейшие исследования подтвердили это открытие. Под влиянием банной процедуры увеличивается и количество лейкоцитов – белых кровяных шариков, участвующих в иммунной защите организма.

Влияние на сердце. Под влиянием происходит активизация работы сердечной мышцы. Сила ее сокращений увеличивается. Регулярная парная приводит к тренирующему эффекту сердечной мышцы. Это было подтверждено экспериментально.

Влияние на функцию дыхания. Баня прекрасно стимулирует дыхание. Горячий увлажняющий воздух воздействует на гортань и на слизистые оболочки носа.

Поскольку усиленный обмен веществ во время тепловых процедур требует кислорода, дыхание учащается, становится глубже, а это, в свою очередь, улучшает воздухообмен в легочных альвеолах. Вентиляция легких по сравнению с показателями до бани возрастает более чем в 2,5 раза.

После жара бани лучше дышится, потому что прочищены поры кожи, выведено токсическое содержимое из крови, улучшена циркуляция крови.

После банной процедуры потребление кислорода увеличивается в среднем на одну треть.

Парная и повышение остроты зрения. Теплота — одна из функций жизненного принципа «желчи», которая контролирует, кроме пищеварения, функцию зрения. Поэтому нет ничего удивительного, что у человека после парной улучшается зрение. Ученные в своих исследованиях банной процедуры лишь подтвердили это положение Аюрведы.

studfiles.net

Спортивная деятельность в условиях пониженной температуры воздуха (холода)

Таблица 19 Объемы суточных потерь воды и солей в результате потоотделения и их замещение у акклиматизированных и неакклшлатизированных спортсменов

Потери, лВозмещение, л Потери, г Возмещение, г/л выпитой воды

1	1	1,5
2	2	3,0	Обычный пищевой рацион
3	3	4,5
			Неакклимат.:	Ак климат.:
4	4	6,0	0,9	0,5
5	5	7,5	1,8	1,4
6	6	9,0	2,7	2,3

Даже некоторое избыточное потребление жидкости не влияет отрицательно на работоспособность спортсменов, так как лишняя вода легко выводится почками. Вместе с тем необходимо иметь в виду, что избыточное потребление воды может вести к снижению осмолярности крови и других жидкостей тела, а оно, в свою очередь, к некоторым нежелательным явлениям, вплоть до развития судорог. Поэтому пить воду в промежутках между тренировками надо в небольших объемах, но достаточно часто.

Хотя в процессе работы включаются механизмы, направленные на задержку электролитов (натрия, хлора и калия) в теле, все же в результате ежедневных и длительных тренировок в жарких условиях возможны значительные потери солей. Если потери пота за сутки составляют в среднем 3 л, то восполнение потерь солей полностью обеспечивается обычным пищевым рационом (см. табл. 19). При этом некоторое дополнительное количество солей спортсмен получает с «компенсирующей» жидкостью (например, минеральной водой), которая может содержать лишь очень немного основных минеральных веществ (около 200 мг натрия и 200 мг калия на 1 л раствора) или вообще не содержать их. Только при более значительных суточных потерях пота возникает потребность в специальном приеме солей из расчета; 4 л пота -3-4г солей в сутки, 5 л пота — около 10 г солей, 6 л пота — около 15 г солей. При этом солевые таблетки должны применяться обязательно (!) с адекватным количеством «замещающей» жидкости (см.

табл. 19).

После многодневной интенсивной тренировки в жарких условиях может наблюдаться дефицит ионов калия в теле. Возможные последствия такого дефицита — снижение работоспособности скелетных мышц и сердца, уменьшение продукции пота, увеличение потерь воды и натрия с мочой, а также нарушение ресинтеза гликогена в мышцах после физической нагрузки. Поэтому пищевой рацион во время интенсивных тренировок в жарких условиях должен содержать достаточное количество калия (до 80 мэкв в сутки). Вместе с тем прием содержащих калий препаратов, которые легко растворимы и быстро абсорбируются в желудке, опасен, так как может усиливать гиперкалемию, которая особенно токсична для сердца.

При снижении температуры внешней среды увеличивается разность между нею и температурой поверхности тела. Это приводит к усилению потери тепла телом (за счет теплоотдачи проведением с конвекцией и радиацией). Основные механизмы защиты тела от теплопотерь в холодных условиях — сужение периферических (кожных) сосудов и усиление теплопродукции в теле.

Физиологические механизмы приспособления к холоду

В результате сужения кожных сосудов (кожной вазоконстрикции) уменьшается конвекционный (с кровью) перенос тепла от ядра тела к его поверхности. Так как сами по себе кожа и особенно подкожножировой слой плохо проводят тепло , вазоконстрикция может усиливать теплоизолирующую способность «оболочки» тела в 6 раз. Иначе говоря, в холодных условиях возрастает толщина теплоизолирующей температурной «оболочки» тела и соответственно уменьшается размер температурного ядра тела.

Уменьшение переноса тепла от ядра тела к поверхности предотвращает падение температуры ядра тела, но приводит к постепенному’ снижению кожной температуры. Последнее, в свою очередь, ведет к уменьшению разницы температур между поверхностью тела и окружающей средой, что уменьшает отдачу тепла телом.

Наиболее значительная кожная вазоконстрикция происходит в конечностях, особенно в пальцах рук и ног. Так, кровоток через пальцы рук может уменьшаться в 100 и более раз (со 120 до 0,2 мл/мин/100 г ткани). Поэтому температура тканей дистальных отделов конечностей может снижаться до температуры окружающей среды. Этим объясняется тот факт, что прежде всего пальцы рук и ног, а также ушные раковины являются частями тела, наиболее .уязвимыми для отморожения. Кровеносные сосуды головы значительно меньше подвержены сужению» на холоде. Поэтому большое количество тепла (до 25% общей теплопродукции покоя) радиирует в окружающую среду от непокрытой головы.

Помимо кожной вазоконстрикции важную роль в уменьшении внутренней проводимости тепла в теле, а следовательно, в сохранении тепла играет то обстоятельство, что в холодных условиях кровь течет в основном по глубоким , а не поверхностным венам. Поскольку глубокие вены лежат рядом с артериями, между ними происходит теплообмен: возвращающаяся к ядру тела венозная кровь нагревается за счет артериальной крови. Таким образом предотвращается охлаждение ядра тела. Наоборот, текущая от сердца артериальная кровь, попадая в артерии конечностей, постепенно охлаждается и, достигая дистальных кожных участков, уже имеет более низкую температуру. Например, при внешней температуре 9° кровь в сосудах кистей рук может снижаться до 21°, что уменьшает теплопотери в окружающую среду.

Другим важным механизмом адаптации к условиям холода является усиление теплопродукции за счет возникновения холодовой дрожи, т. е. непроизвольных мышечных сокращений. В условиях покоя у обнаженного человека при снижении внешней температуры с комфортного уровня (29°) до 22° не происходит роста метаболизма, а тепло тела консервируется за счет усиления кожной вазоконстрикции. Когда внешняя температура становится ниже 22°, усиливается метаболизм за счет холодовой дрожи.

При возникновении холодовой дрожи в нее постепенно вовлекаются все новые и новые мышечные группы — начиная с мышц шеи, живота, грудных мышц и кончая мышцами конечностей. Характер и степень холодовой дрожи неодинаковы у разных людей. Холодовая дрожь носит перемежающий характер — она то появляется, то исчезает вне связи с изменениями температуры ядра и поверхности тела. Только при крайне низкой температуре у обнаженного человека дрожь длится непрерывно. Чем интенсивнее холодовая дрожь, тем выше мышечная теплопродукция. С понижением внешней температуры, а также пропорционально скорости движения воздуха (ветра) вклад холодовой дрожи в защиту тела от теплопотерь повышается.

У пожилых и старых людей холодовая дрожь выражена слабее, чем у молодых, теплопродукция ,в холодных условиях повышается мало и температура тела снижайсся больше. Вообще пожилые люди мало или вовсе нечувствительны к локальным Холодовым воздействиям.

Теплопродукция может повышаться и за счет усиления метаболических процессов, не связанных с холодовой дрожью (неметаболический термогенез).

Вхолодных условиях потребление О2 в покое повышается. Величина этого повышения зависит от окружающей температуры, относительного содержания жира (толщины подкожножирового слоя), характера одежды, а также от длительности пребывания на холоде. Скорость потребления О2 повышается параллельно с увеличением сердечного выброса (без заметного изменения системной АВР-О2).Так, при температуре воздуха 5° скорость потребления О2 и сердечный выброс у обнаженного человека увеличиваютсявдвое. Однако при холодовой экспозиции ЧСС остается неизменной, следовательно, сердечный выброс возрастает только за счет увеличения систолического объема.

Вэтом отношении реакция сердца на холод отличается ог таковой в условиях мышечной деятельности. В последнем случае увеличение сердечного выброса обеспечивается главным образом за счет повышения ЧСС, вплоть до скорости потребления О2 1 л/мин. В холодных условиях усиливается выброс катехоламинов в кровь, что и вызывает, вероятно, повышение систолического объема. Однако в этих условиях заметно уменьшается объем циркулирующей плазмы, что может вести к некоторому снижению систолического объема. Сужение кожных кровеносных сосудов (повышение сосудистого периферического сопротивления) и увеличение сердечного выброса вызывают повышение АД. В результате усиливается активность сосудистых барорецепторов-,а это ведет к таким рефлекторным влияниям на сердце, что ЧСС остается неизменной, несмотря на усиление потребления О2.

Физическая работоспособность в холодных условиях

Во время мышечной работы в холодных условиях теплоизоляция тела существенно снижается и усиливаются потери тепла (проведением с конвекцией). Это означает, что для поддержания теплового баланса необходимо большее теплообразование, чем в условиях покоя. По мере снижения внешней температуры, т. е. увеличения температурного градиента между телом и окружающей средой, теплопродукция во время мышечной работы должна возрастать, Если мышечная деятельность недостаточно интенсивна, чтобы обеспечить дополнительное теплообразование, температура тела падает ниже нормальной (гипотермия).

При нагрузках небольшой мощности (с потреблением О2 до1,2-1,4л/мин) скорость потребленияО2-вусловиях пониженной температуры воздуха выше, чем в комфортных температурных условиях. При более высоких нагрузках (потребление О2 выше 1,4 л/мин) скорость потребления О2 не зависит ог внешней температуры. При одинаковой скорости потребления О2 работа в холодных условиях вызывает некоторое понижение ЧСС и повышение систолического объема по сравнению с такой же работой в термонейтральных условиях.

Повышенные энергетические расходы (более высокая скорость потребления О2) при работе относительно небольшой мощности в холодных условиях связаны с холодовой дрожью, которая исчезает с увеличением нагрузок до значительных. При легких нагрузках ректальная температура снижается, а при тяжелых остается практически на таком же

уровне, что и в комфортных условиях. Таким образом, начиная & некоторой мощности физической нагрузки (скорость потребления О2 около 2 л/мин), когда достигается критический уровень теплопродукции, который соответствует тепло-потерям,исчезает холодовая дрожь и стабилизируется регуляция рабочей температуры тела.

При нормальной или повышенной (в результате мышечной деятельности) температуре тела МПК и максимальная ЧСС остаются практически неизменными в холодных условиях, однако легочная вентиляция несколько усиливается, а предельное время бега на уровне МПК снижается. Гипотермия, ведет к снижению МПК: при температуре ядра тела ниже 37,5° оно уменьшается на5-6%с каждым градусом падения температуры тела. В основе такого снижения МЙК лежит уменьшение сердечного выбросаиз-западения максимальной ЧСС. В условиях гипотермии выносливость человека снижается: уменьшается предельное время выполнения работы постоянной аэробной мощности, хотя субъективная оценка тяжести нагрузки не зависит от температуры тела.

Максимальная динамическая сила в известных пределах прямо связана с мышечной температурой. Поэтому в упражнениях, требующих проявления большой динамической силы (спринт, прыжки), результаты снижаются в холодных условиях среды, вызывающих падение мышечной температуры.

Тренировочные занятия и соревнования в ряде видов спорта (конькобежном, лыжном и др.) часто проходят в холодную погоду. Однако за исключением сильных морозов и ветра холодные условия не представляют обычно серьезной проблемы для регуляции температуры тела и работоспособности спортсмена, прежде всего благодаря интенсивной мышечной деятельности, при которой в теле спортсмена образуется очень большое количество метаболического тепла. За счет этого тепла возможно значительное нагревание тела и поддержание его повышенной рабочей температуры даже в холодных условиях. Так, если непроизвольная холодовая дрожь может увеличить основной обмен максимально в2-5раз, то напряженная мышечная деятельность — в20-30раз. Отдача тепла в» атмосферу в холодных условиях легко происходит за счет проведения с конвекцией и радиации, а при потоотделении — за счет испарения пота. Более того, в условиях пониженно’й (но не морозной) температуры окружающей среды облегченные условия для теплоотдачи создают предпосылки для большей работоспособности в упражнениях на выносливость, чем при работе в жарких условиях. Например, у спортсмена после марафонского бега, проходившего при температуре воздуха около 12°, ректальная температура была даже ниже, чем до бега (соответственно 37 и 37,3°).

Определенные проблемы возникают лишь в начале пребывания на холоде или когда в этих условиях выполняется повторная работа с чередованием периодов высокой мышечной активности и отдыха. В этих случаях важное значение имеет спортивная одежда, предотвращающая охлаждение телаиз-забыстрых теплопотерь. Лишь в исключительно холодных условиях количество теряемого тепла может превышать продуцируемое при мышечной деятельности с развитием состояния гипотермии.

Акклиматизация к холоду

Длительное проживание в холодных условиях в некоторой степени повышает способность человека противостоять, холоду, т. е. поддерживать необходимую температуру ядра тела при пониженной температуре среды (холодовая акклиматизация). В основе холодовой акклиматизации лежат два основных механизма: 1) снижение потерь тепла и 2) усиление основного объема.

У акклиматизированных к холоду людей уменьшается кожная вазоконстрикция, так что у них температура конечностей более высокая, чем у неакклиматизированных. Этот механизм играет защитную роль: предотвращает холодовые повреждения (отморожения) периферических частей тела и позволяет осуществлять координированные движения конечностями в условиях низких температур. У людей, систематически погружающих конечности в холодную воду (локальная холодовая акклиматизация), во время такой

.экспозиции не столь значительно уменьшается локальное крово-.обращение.Это явление также следует рассматривать как защитное приспособление. У акклиматизированных таким образом людей конечности охлаждаются меньше.

В процессе холодовой акклиматизации растет теплопродукция тела: увеличивается основной обмен, повышается мышечный тонус, усиливается холодовая дрожь; происходят эндокринные и внутриклеточные метаболические перестройки. Вместе с тем многие исследователи не обнаружили акклиматизации человека к холоду, в особенности в отношении мышечной деятельности в холодных условиях.

Однако физически подготовленные (тренированные) люди лучше переносят холодные условия, чем нетренированные. Физическая тренировка вызывает эффекты, сходные в некоторых отношениях с холодовой акклиматизацией: тренированные люди отвечают на холодовую экспозициюбольшим усилением теплопродукции и меньшим снижением кожной температуры, чем нетренированные люди.

studfiles.net

Механизм терморегуляции и теплоотдачи человеческого тела — реферат

Асбестовско — Сухоложский филиал

Государственного бюджетного образовательного учреждения

Среднего профессионального образования

«Свердловский областной медицинский колледж»

 

 

 

 

МЕХАНИЗМ ТЕРМОРЕГУЛЯЦИИ И ТЕПЛООТДАЧИ ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ТЕЛА

Реферат по дисциплине: «Физика»

 

                                                                                          

 

 

Исполнитель: Аджимавова З.К.

Студентка группы 195МС                                                 

Преподаватель: Шуваева Е. В.

                            

 

Сухой Лог

2015

Содержание

1. Введение…………………………………………………………………….3
2. Основная часть……………………………………………………………..4

2.1. Терморегуляция организма  человека.…………………………………..4

2. Теплопродукция (химическая терморегуляция)…………………..5
3. Теплоотдача (физическая терморегуляция) ……………………….6
4. Механизмы регуляции теплопродукции и теплоотдача…………8
3. Заключение………………………………………………………………..11
4. Литература………………………………………………………………..12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Введение

Все живые организмы по отношению к температурным влияниям внешней среды делятся на две большие группы: одни — холоднокровные (пойкилотермны) — приобретают температуру окружающей среды, другие — теплокровные (гомойотермны) — вне зависимости от внешних условий всегда сохраняют постоянную температуру тела.

Способность организма человека поддерживать постоянную температуру обусловлена сложными биологическими и физико-химическими процессами терморегуляции. По мнению академика И. П. Павлова, без такого совершенного механизма, поддерживающего постоянную работу тела, наша жизнь была бы «игрушкой в руках внешних температурных условий».

Возникает вопрос: какова же температура в различных частях человеческого тела? Как показали исследования, понятие постоянства температуры тела человека в известной мере относительно. Так, открытые участки кожи при низкой температуре охлаждаются быстрее, чем закрытые, а вот температура закрытых участков тела и внутренних органов при температурных колебаниях в окружающей среде практически не меняется.

Колебания температуры тела зависят от времени суток, активности организма, температуры окружающей среды, теплоизоляционных свойств одежды. Во время тяжелой физической работы, тренировок и спортивных соревнований температура тела, например, может повышаться на 1—2° и более.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основная часть

 

2.1. Терморегуляция организма человека

Тепловой гомеостаз является основным условием жизнедеятельности. Образование тепла неразрывно связано с энергетическим обменом. Фактором, обеспечивающим непрерывное течение метаболизма в органах и тканях, является определенная температура крови, которая поддерживается специализированными механизмами саморегуляции.

Человек относится к гомойотермным организмам, которые вырабатывают много тепла и отличаются относительным постоянством температуры тела, незначительно изменяющейся в течение суток. Человек может переносить температурные колебания внутренней среды в диапазоне от 25 до 430 С.

Температурный фактор определяет скорость протекания ферментативных процессов, всасывания, проведения возбуждения и мышечного сокращения.

Температура тела человека различна в поверхностных и глубоких участках. Внутренние части тела, составляющие примерно 50% его массы, называются «ядром». Сюда относят мозг, внутренние органы и кровь. Температура «ядра» относительно стабильна. Например, температура крови правого предсердия и температура нижней трети пищевода вблизи сердца варьирует незначительно и составляет величину порядка 36,7-370 С. В разных участках «ядра» температурные колебания составляют от 0,2 до 1,20 С. Оценка температуры «ядра» проводится в определенных легко доступных участках тела, температура которых практически не отличается от температуры «ядра». Такими участками являются прямая кишка, полость рта и подмышечная впадина. При этом оральная (подъязычная) температура обычно ниже ректальной на 0,2-0,50 С, а аксиллярная (в области подмышечной ямки) – ниже ректальной на 0,5-0,80 С. При плотном прижатии руки к грудной клетке граница внутреннего слоя «ядра» почти доходит до подмышечной впадины, однако для достижения этого должно пройти не менее 10 минут. Для определения температуры ткани используют различные виды термометров, а также оптический метод – термовизиография.

«Оболочкой » называют поверхностный слой тела толщиной 2,5 см, который характеризуется весьма большими различиями температуры в разных участках. Кроме этого эта температура зависит от температуры внешней среды. В правой и левой половине «оболочки» иногда наблюдается ассиметрия температур. Средняя температура кожи обнаженного человека составляет (при комфортной внешней температуре) 33-340 С. При этом температура кожи стопы значительно ниже температуры проксимальных участков нижних конечностей и в еще большей степени – туловища и головы. Температура кожи в области стопы в комфортных условиях равна 24-280 С, а при изменении внешних условий – 13-530 С. Температура различных частей тела человека в условиях холода и тепла представлена на рисунке 1.

У большинства млекопитающих температура тела соответствует диапазону 36-390 С. Интенсивность метаболизма (теплопродукции) определяется как массой тела, так и величиной отдачи тепла с поверхности тела. В соответствии с этим у животных с небольшими размерами тела и с большим, чем у крупных животных, отношением площади поверхности к величине массы тела теплопродукция на 1 кг массы выше.

Температура тела человека колеблется в течение суток в диапазоне 0,3-1,50 С, чаще 1,00 С. Эти колебания основаны на эндогенном ритме, который определяется «биологическими часами» организма, синхронизированными в режиме «день-ночь». Отчетливо выражен ритм температурных колебаний синхронизированный с менструальным циклом. На ритм суточных температурных изменений накладываются и другие ритмы.

Температура тела определяется соотношением теплопродукции и теплоотдачи. Когда они не соответствуют друг другу, физиологическая система терморегуляции адаптивно меняет теплопродукцию или теплоотдачу. Тем самым обеспечивается относительная стабильность температуры внутренней среды организма. При изменениях температуры окружающей среды в пределах 21-530 С температура тела обнаженного человека может оставаться стабильной в течение нескольких минут.

 

2. Теплопродукция (химическая терморегуляция)

Теплопродукция (химическая терморегуляция) – это способ поддержания температуры тела на оптимальном для метаболизма уровне, осуществляемый за счет изменения интенсивности метаболических экзотермических реакций, в ходе которых образуется тепло. Наибольшее количество тепла образуется в органах с интенсивным обменом веществ: печени, почках, эндокринных и пищеварительных железах, скелетных мышцах. Меньше тепла образуется в костях, хрящах и соединительной ткани. Прием пищи повышает интенсивность обменных процессов на 30%. Наиболее выраженное специфическое динамическое действие оказывают белки, затем углеводы и жиры. Химическая терморегуляция зависит от ряда факторов: индивидуальных особенностей организма, температуры окружающей среды, интенсивности мышечной работы, характера питания, эмоционального состояния, кислородного обеспечения организма, степени ультрафиолетового облучения, интенсивности видимого света. Различают сократительную и несократительную теплопродукцию.

Сократительная теплопродукция связана с произвольными и непроизвольными сокращениями мышц. Произвольные сокращения приводят к многократному увеличению теплообразования, при этом повышаются и теплопотери за счет усиления отдачи тепла конвекцией. То есть произвольные сокращения представляют собой слишком расточительный способ повышения теплопродукции. Непроизвольные сокращения мышц встречаются в двух вариантах: дрожи и терморегуляторного тонуса. Дрожь является экономным способом теплопродукции, так как этот тип сократительной двигательной активности обеспечивает переход всей энергии мышечного сокращения в тепловую энергию. Терморегуляторный тонус   развивается в основном в области мышц спины и шеи. Теплопродукция при этом возрастает на 40-50%. Терморегуляторные тонические сокращения возникают при снижении температуры внешней среды на 20 С относительно уровня комфорта. Такие сокращения имеют характер зубчатого тетануса, близкого к режиму одиночных сокращений и являются более адаптивными, так как в этом случае  при многократном периодическом действии холода формируются изменения тканевых структур – структурный след адаптации. Одним из проявлений таких структурно-адаптационных изменений является увеличение в скелетных мышцах количества красных (медленных) волокон, выполняющих в основном тоническую функцию.

Несократительная теплопродукция  значительно выражена  в адаптированном к холоду организме. Доля такого механизма в обеспечении прироста теплопродукции на холоде может составлять 50-70%. Развивается это явление в различных тканях, но специфическим субстратом является бурая жировая ткань. Эта ткань локализована у человека в области шеи, между лопаток, в средостении около аорты, крупных вен и симпатической цепочки. Количество бурой жировой ткани составляет 1-2% массы тела, но при адаптации может увеличиться до 5% массы тела. Скорость окисления жирных кислот в бурой жировой ткани в 20 раз превышает эту скорость в белой жировой ткани. При действии холода в этой ткани растут кровоток и уровень обмена веществ, увеличивается температура. Бурая жировая ткань обогревает близлежащие крупные кровеносные сосуды.

 

3. Теплоотдача (физическая терморегуляция)

Теплоотдача (физическая терморегуляция) – это способ поддержания температуры тела путем отдачи тепла в окружающую среду. Теплоотдача осуществляется за счет физических процессов: теплопроведения, теплоизлучения, конвекции и испарения. Эффективным органом теплоотдачи является кожа благодаря наличию в ней большого количества потовых желез и артериоло-венулярных анастомозов.  К поверхности тела потоки тепла переносятся в основном кровью. Кровоток значительно варьирует при изменении просвета сосудов, в частности, состояния артериоло-венулярных анастомозов. Механизмы теплоотдачи в условиях пониженной и повышенной температуры окружающей среды представлены на рисунке 2.

Конвекция – перемещение нагреваемого кожей слоя воздуха вверх и его замещение более холодным воздухом. Конвекция происходит в том случае, когда кожа теплее окружающего воздуха.

Проведение происходит в основном тогда, когда человек погружается в воду, температура которой ниже нейтральной (31-360 С). Ввиду того, что теплопроводность воды в 25 раз выше теплопроводности воздуха, кожа человека охлаждается в воде в 50-100 раз быстрее. Если температура воды близка к нулю, то через 1-3 часа может наступить смерть, так как тело человека охлаждается со скоростью 60 С в час. В воде теплоотдача происходит в несколько раз быстрее еще и потому, что кроме проведения в воде имеет место и конвекция. Увеличение содержания в организме жира ограничивает эффект теплоотдачи в воде путем конвекции.

Теплоизлучение обеспечивается инфракрасными лучами с длиной волны 5-20 мкм. Эти лучи испускаются кожей при наличии рядом находящихся предметов с более низкой температурой. Обнаженный человек может терять таким путем до 60% тепла.

Теплоиспарение составляет около 20% теплоотдачи тела человека в условиях комфортной температуры среды. Это единственный способ отдачи тепла в окружающую среду, если ее температура оказывается равной температуре тела. Путем испарения 1 л воды человек может отдать одну треть всего тепла, вырабатываемого в условиях покоя в течение суток. Существует два варианта испарения воды с поверхности тела: испарение пота в результате его выделения и испарение воды, оказавшейся на поверхности путем диффузии. Потоотделение – составная часть целостной реакции организма на тепловое воздействие. Испарение выделяющегося пота способствует потере тепла. Испарение воды путем диффузии происходит через слизистые оболочки дыхательных путей. Потери тепла, обусловленные дыханием, составляют 10-13% от общей теплоотдачи организма. Выделение тепла  происходит также  с мочой и калом.

 

4. Механизмы регуляции теплопродукции и теплоотдачи

Терморецепция осуществляется свободными окончаниями тонких сенсорных волокон типа А и С. Существуют терморецепторы центральные и периферические.

Кожные  терморецепторы передают в центры терморегуляции сигналы об изменениях температуры среды, а также обеспечивают формирование температурных ощущений. Число Холодовых рецепторов кожи во много раз больше числа тепловых рецепторов. Холодовые рецепторы во внутренних органах и тканях также преобладают.

В центральной нервной системе – спинном и среднем мозге, а также в гипоталамусе – имеются центральные  терморецепторы, которые называются термосенсорами.  Центральные аппараты физиологической системы терморегуляции имеют большое число входных каналов. Так, термосенсоры могут возбуждаться при их непосредственном охлаждении или нагревании на 0,0110 С и в результате изменять интенсивность как теплопродукции, так и теплоотдачи организма в целом.

Центр терморегуляции локализуется в гипоталамусе, в котором имеется три вида терморегуляторных нейронов:

1) афферентыне нейроны, принимающие  сигналы от периферических и центральных терморецепторов;

2) вставочные;

3) эфферентные нейроны, контролирующие  активность эффекторов системы терморегуляции.

От периферических терморецепторов информация поступает в медиальную преоптическую область переднего гипоталамуса. В его ядрах происходит сравнение полученных с периферии сигналов с активностью центральных терморецепторов, которые отражают температурное состояние мозга. Эти две информации интегрируются в заднем гипоталамусе. Полученные, в результате  интеграции сигналы начинают управлять процессами теплопродукции и теплоотдачи. В заднем гипоталамусе также располагается моторный центр дрожи, связанный с моторными центрами спинного и продолговатого мозга. Терморецепторы кожи информируют ЦНС о повышении или понижении температуры окружающей среды еще до изменения температуры внутренней среды, при этом включаются терморегуляторные механизмы, которые предотвращают это отклонение. Такая регуляция носит название «регуляции по опережению». Моторный центр дрожи работает как «регулятор по отклонению» так как он возбуждается при снижении температуры тела даже на доли градусов. Кроме гипоталамуса в терморегуляции участвует кора больших полушарий. Она работает как «регулятор по опережению».

yaneuch.ru