Физиология животных. Приспособление и среда - Шмидт-Ниельсен К.
Скачать (прямая ссылка):
і
j Приведенное уравнение можно выразить простыми, интуитив-I но понятными словами. Поток тепла возрастает с увеличением j 1) теплопроводности (А) материала, из которого сделан провод-І ник тепла, 2) поперечного сечения (А) проводника и 3) разности ; температур между двумя его сечениями (T2 и Ti). Увеличение расстояния (/) между двумя сечениями проводника с температурами T2 и Ti (если последние постоянны) снижает скорость передачи тепла.
І Коэффициент теплопроводности (k) показывает, насколько хорошо данный материал передает тепло. В табл. 8.3 приведены величины А для ряда распространенных материалов. Металлы, как ! известно, обладают высокой теплопроводностью; стекло и дерево ! хуже проводят тепло; теплопроводность воды и тканей человека еще несколько ниже, но того же порядка величины. То, что вода и ткани нашего тела сходны по своей теплопроводности, вполне понятно, так как большинство тканей примерно на 2/з—3A состоят из воды. Очень плохо проводят тепло воздух и мех животных; это означает, что они обладают высокими термоизоляционными свой-І ствами (препятствуют теплообмену). Малая теплопроводность ме-! ха обусловлена в основном тем, что между волосками задержива-; ется большое количество воздуха. Другие материалы, удерживающие много воздуха (например, войлок, шерстяные ткани, пух), тоже плохо проводят тепло, т. е. служат превосходными изоляторами.
Таблица 8.3
! Коэффициенты теплопроводности (k) ряда распространенных
материалов. (Hammel, 1955; Hensel, Bock, 1955; Weast, 1969)
346 Глава 8. Терморегуляция
Перенос тепла в жидкости или газе почти всегда значительно ускоряется благодаря конвекции, под которой понимают движение масс жидкости или газа. Представим себе холодную жидкость, соприкасающуюся с теплой твердой поверхностью. Тепло передается жидкости, и ее слои, прилегающие к твердой поверхности, нагреваются. Если жидкость находится в движении, то теплая жидкость около поверхности сменяется холодной и в результате отдача тепла поверхностью ускоряется. Таким образом, конвекция, т. е. перемещение масс жидкости (или газа), способствует потере тепла твердой поверхностью, но основой теплообмена между твердым телом и жидкостью остается теплопроводность.
Конвекция в жидкости (газе) может создаваться в результате разности температур или под действием внешней механической силы. Нагревание или охлаждение жидкости обычно изменяет ее плотность, а это в свою очередь вызывает перемещение ее масс. Например, если теплая твердая поверхность соприкасается с холодной жидкостью, то нагретые слои последней расширяются и поднимаются вверх, а их место занимают холодные слои. В этом случае причиной конвекции служит разность температур, и такую конвекцию называют свободной или естественной. Этот термин применим и тогда, когда жидкость теплее твердой поверхности, гак что прилегающие к последней слои жидкости охлаждаются, становятся более плотными и опускаются вниз1. Разумеется, свободная конвекция может иметь место как в воде, так и в воздухе; она в значительной мере способствует отдаче тепла живыми организмами.
Движение масс жидкости или газа может быть вызвано также внешними силами, например ветром, течениями или, наконец, вентилятором. Конвекцию, вызванную внешними силами, а не изменением плотности, называют принудительной.
Поскольку конвекция связана с перемещением масс жидкости (газа), она подчиняется довольно сложным законам гидродинамики, связывающим такие параметры, как вязкость и плотность, а также теплопроводность. Потеря тепла, обусловленная конвекцией, зависит не только от площади поверхности твердого тела. Имеют значение кривизна поверхности и ее ориентация. Для учета этих переменных требуются довольно сложные математические выражения, что создает большие трудности при определении количества тепла, теряемого организмом животного. Однако, как мы увидим далее, для измерения теплообмена между животными и средой можно применять ряд практических способов, позволяющих обойтись без точного анализа физической стороны процесса.
1 Плотность воды при +4 °С выше, чем при температуре замерзания. Это имеет большое значение в пресноводных водоемах, но в большинстве физиологических ситуаций не играет роли. Аномалия плотности вблизи точки замерзания не свойственна морской воде (см. также стр. 315).
Температура, тепло и перенос тепла 347
ИЗЛУЧЕНИЕ
Передача тепла путем излучения происходит при отсутствии непосредственного контакта между телами. Все физические тела при температуре выше абсолютного нуля излучают электромагнитные волны. Длина волн и интенсивность излучения зависят от температуры излучающей поверхности (и как мы увидим далее, от ее излучающей способности). Кроме того, все тела воспринимают излучение от окружающих объектов. Электромагнитная радиация свободно проходит через вакуум, а для наших целей мы можем считать и атмосферный воздух полностью прозрачным для электромагнитных волн.
Интенсивность излучения, испускаемого телом, пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры его поверхности. Для потока теплового излучения это выражается законом Стефана — Больцмана:
