А. Федорова, 11 класс МОУ Гимназия № 5 г. Юбилейный Московской обл.
Комфортныедля человека условия (особенно в холодное время года) будут обеспечены толькоза счёт поддержания комнатной температуры воздуха (обычно 18-20 С° ).
Разумеется,сделать это можно лишь в замкнутом помещении, где наружные стены, пол и потолокимеют достаточно низкую теплопроводность. Окна, подобно коже человека, проводяттепло лучше и являются основным источником тепловых потерь в доме. Согласноуправлению теплообмена Ньютона, скорость потока теплоты dQ/dt прямопропорциональна площади окна S и разности температур ∆T между внутреннимии внешними стёклами и обратно пропорциональна его толщине d:
/>
здесьА − коэффициент теплоотдачи. Поэтому для удержания тепла полезнееувеличить толщину воздушной прослойкой (например, установить двойные оконныерамы), чем ставить толстые стёкла. Потери тепла необходимо восполнять за счётего притока, например от радиаторов отопления. А как быть в сельских домах спечным или комнатным отоплением? В принципе здесь всё обстоит так же, лишьподача тепла происходит не в непрерывном, а в “импульсном” режиме. С точкизрения термодинамики интересно, на что именно расходуется теплота сгораниятоплива (дров, угля и т.п). Оказывается, до 25-30% этой энергии идёт на обогревулицы.
Делов том, что воздух в негерметичном помещении нагревается при постоянноматмосферном объёме V=const и постоянном атмосферном давлении p=const. Еслисчитать воздух идеальным газом, то процесс нагревания подчиняется уравнениюсостояния:
/>
гдеCV − удельная теплоёмкость воздуха при постоянном объёме, />− его средняя, иливнутренняя, энергия, N − полное число молекул воздуха и T− еготемпература.
Посколькув холодной комнате температура ниже, чем в натопленной (T1N2). Это означает, что в процессе нагревания комнатычасть её воздуха, расширялась, выходит через щели и печную трубу на улицу, уносяс собой часть теплоты. При этом средняя энергия />− теплового движенияостающихся в комнате молекул не изменяется, так что мы в буквальном смыслеотапливаем улицу (и это неизбежно, если мы не хотим резко поднять давление вкомнате, загерметизировав её).
Ужедавно было замечено сходство процессов обогрева жилища и питания самогочеловека (каждый знает, что, если долго не есть, начинаешь мёрзнуть дажелетом). Но ведь людям нужно не только поддерживать температуру своего тела, нои производить полезную работу физическую или интеллектуальную. И то и другоетребует затрат энергии, так что человек представляет в этом аналог тепловоймашины, которую надо подпитывать извне.
Любойпродукт питания, как и обычное топливо, содержит в качестве энергоносителейразличные соединения углерода (жиры и углеводы). В живом организме ониокисляются, соединяясь с О2.
Энергетическаяценность, как продуктов, так и топлива определяется в калориях. В организмепроисходит медленное, многоступенчатое “внутреннее” сгорание, в итоге исходныйуглерод превращается в углекислый газ СО2 и воду Н2О.
Долгоевремя оставались сомнения в применимости к этому случаю первого началатермодинамики. Не обладает ли живой организм какой-либо особой “жизненнойсилой”, нарушающей данный закон? На этот вопрос отрицательно ответили ещё в 1780 г. французские учёные Антуан Лавуазье и Пьер Лаплас. Они доказали, что тепловые эффекты привнешнем и “внутренним” сгорании абсолютно одинаковы.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта physics03.narod.ru/Interes/