Šilumos gamyba ir atidavimas

Paradoksalu, bet šiluma yra šalutinis produktas, gaunamas žmogaus organizmo metabolinių reakcijų (medžiagų apykaitos) metu. Paprasčiau kalbant, kad gauti energiją žmogaus organų veiklai palaikyti iš maisto medžiagų ir deguonies, net 75% potencialios energijos neišvengiamai virsta šiluma. Likę 25% vėliau, panaudojus juos įvairiuose metaboliniuose procesuose irgi virs šiluma. Tad žmogaus organizmas yra tarsi pastovi šilumos gamybos mašina. (Grubiai skaičiuojant, jeigu vidutinis žmogus per dieną suvartoja apie 2000 kilokalorijų maisto, kurios reikalingos pagrindinei medžiagų apykaitai, kuri galiausiai baigiasi šilumos gamyba, tai yra apie 8,37×106 džaulių per dieną. Vidutiniškai per valandą išskiriama apie 350 000 džaulių arba 100 vatų energijos.) Vis tik ta šiluma organizme neišlieka. Ji išskiriama į aplinką šiais šilumos perdavimo mechanizmais:

• Kondukcija arba laidumas- tai šilumos perdavimas tarp dviejų besiliečiančių kūnų. Pavyzdžiui, jei nuoga plaštaka paliesite plieninį karabiną esant minusinei oro temperatūrai, dalis jūsų rankos šilumos pereis metalui ir pajusite, kaip šąla ranka. Taip pat atsigulus ant sušalusios žemės, atsisėdus ant šalto akmens, kūno šiluma bus atiduodama šaltesniems objektams ir greitai pajusime, kad darosi šalta. Šilumos praradimas šiuo būdu priklauso nuo šilumos gradiento tarp kūnų, besilienčiančių kūnų paviršių ploto bei kūnų šilumos laidumo. Šiuo būdu prarandama apie 3% kūno šilumos.
• Konvekcija – tai šilumos perdavimas orui arba vandeniu, supančiam kūną. Oras ar vanduo apie kūną įšyla, todėl atsiranda srovė, užleidžianti vietą vėsiam orui ar vandeniui, kuriems taip pat organizmas atiduoda šilumą. Vėlgi šilumos praradimas priklausys nuo šilumos gradiento, su oru ar vandeniu besiliečiančio kūno paviršiaus ploto, bet taip pat ir nuo oro ar vandens srovės greičio. Štai kodėl esant stipriam vėjui žmogaus organizmas daug greičiau sušąla, nei esant ramiam orui. Šiuo fizikiniu procesu yra paremtas jutiminės temperatūros terminas (ang. Wind chill). Šiuo būdu prarandama iki 15% kūno šilumos.
• Radiacija arba spinduliavimas – tai šilumos perdavimas infraraudonaisiais spinduliais. Šiuo būdu saulė šildo žemę, o šiltas pečius – kambarį šaltomis žiemos dienomis. Radiaciniu būdu šilumą spinduliuoja visi objektai, šiltesni už absoliutų nulį. Radiaciniu būdu prarastos šilumos kiekis priklauso nuo šilumos gradiento. Vis tik tai kone pagrindinis šilumos praradimo būdas esant termoneutralioms sąlygoms. Šiuo būdu prarandama 45 – 60% kūno šilumos.
• Garavimas – tai ketvirtas šilumos perdavimo būdas, svarbus žmogaus organizmui. Vandens lašui virsti garais reikalinga didelė energija (kūno odos temperatūroje sunaudojama 580 kalorijų gramui vandens išgarinti). Tam gali būti panaudojama odos šiluma. Evoliucijos metu žmogaus organizmas prisitaikė išskirti prakaitą: mažus sūraus vandens lašelius – ant odos, kuriems garuojant, panaudojama perteklinė kūno šiluma, todėl oda, o tuo pačiu ir visas organizmas atvėsta. Prakaituojama fizinio krūvio metu ar karštoje aplinkoje, kai organizmo gaminama perteklinis šilumos kiekis. Prakaitavimas efektyvus tik tada, kai aplinkos drėgnumas nėra didelis. Žinoma, sušlapusių drabužių džiūvimui (vandens garavimui) taip pat bus naudojama organizmo šiluma. Todėl labai svarbu šaltoje aplinkoje kuo greičiau pakeisti drėgnus drabužiu, kad būtų išvengta sušalimo, tuo tarpu įtarus organizmo perkaitimą, šaldymui naudojamos sudrėkintos paklodės. Ramybėje išgarindamas prakaitą žmogus praranda apie 20% kūno šilumos.

Prisilietėme prie fizikos. Šiuos šilumos perdavimo mechanizmus dar prisiminsime, kalbėdami, kaip apsisaugoti nuo sušalimo.

Grįžti į puslapį “Šalčio poveikis”