Tỷ lệ trọng lượng các phần cơ thể và sự sinh nhiệt
|
Nhiệt dung là một đại lượng vật lý có thể đo được bằng tỷ lệ nhiệt được thêm vào (hoặc giảm đi) của một vật thể với sự thay đổi nhiệt độ.[1] Đơn vị nhiệt dung là jun trên kelvin (J/K).
Trong hệ thống đơn vị quốc tế (SI). Nhiệt dung riêng là lượng nhiệt cần thiết để tăng nhiệt độ của một kg khối lượng chất đó lên 1 kelvin.
Nhiệt dung là một tính chất rộng lớn của vật chất, có nghĩa là nó tỷ lệ thuận với kích thước của chất đó. Khi biểu thị hiện tượng tương tự như một đặc tính chuyên sâu, công suất nhiệt được chia cho lượng chất, khối lượng hoặc thể tích, do đó đại lượng không phụ thuộc vào kích thước hoặc mức độ của mẫu. Công suất nhiệt mol là công suất nhiệt trên một đơn vị lượng (đơn vị SI: mol) của một chất nguyên chất và công suất nhiệt cụ thể, thường được gọi là nhiệt dung riêng, là công suất nhiệt trên một đơn vị khối lượng của vật liệu. Tuy nhiên, một số tác giả sử dụng thuật ngữ nhiệt cụ thể để chỉ tỷ lệ của công suất nhiệt cụ thể của một chất ở bất kỳ nhiệt độ nào cho đến nhiệt dung riêng của một chất khác ở nhiệt độ tham chiếu, phần lớn theo kiểu trọng lượng riêng. Trong một số công kỹ thuật, công suất nhiệt thể tích được sử dụng.
Nhiệt độ phản ánh động năng ngẫu nhiên trung bình của các hạt cấu thành của vật chất (tức là nguyên tử hoặc phân tử) so với tâm khối lượng của hệ, trong khi nhiệt là sự truyền năng lượng qua ranh giới hệ thống vào cơ thể chứ không phải do công việc hay vật chất truyền. Dịch, quay và rung động của các nguyên tử đại diện cho mức độ tự do chuyển động góp phần kinh điển vào khả năng sinh nhiệt của chất khí, trong khi chỉ có rung động để mô tả khả năng nhiệt của hầu hết các chất rắn,[2] như được thể hiện bởi định luật Dulong. Những điều kiện khác có thể đến từ nam châm[3] và điện từ [2] ở mức độ tự do trong chất rắn, nhưng những điều này hiếm khi đóng góp đáng kể.
Theo như cơ học lượng tử, ở bất kỳ nhiệt độ nào, một số mức độ tự do này có thể không có sẵn, hoặc chỉ có sẵn một phần, để lưu trữ năng lượng nhiệt. Trong những trường hợp như vậy, công suất nhiệt là một phần nhỏ nhất. Khi nhiệt độ đạt đến độ không tuyệt đối, công suất nhiệt của một hệ thống gần bằng 0 do mất độ tự do sẵn có. Lý thuyết lượng tử có thể được sử dụng để dự đoán định lượng khả năng nhiệt của các hệ thống đơn giản.
C=(độ thay đổi nhiệt lượng)/(dT)
Trong biểu thức nhiệt lượng, nếu nhiệt độ của vật chỉ thay đổi đi một đơn vị thì biểu thức cho biết nhiệt lượng cần thiết để làm tăng nhiệt độ của một vật có khối lượng nào đó lên một độ. Nhiệt lượng này gọi là nhiệt dung của vật đó.[4] Nhiệt dung riêng của một chất là một đại lượng vật lý có giá trị bằng nhiệt lượng cần truyền cho một đơn vị khối lượng chất đó để làm tăng nhiệt độ lên 1 °C.
Trong hệ thống đo lường quốc tế, đơn vị đo của nhiệt dung riêng là Joule trên kilôgam trên Kelvin, J•kg−1•K−1 hay J/(kg•K), hoặc Joule trên mol trên Kelvin.
Các công thức tính:
Công thức 1: Gọi C là nhiệt dung riêng.khi đó một vật có khối lượng M ở nhiệt độ T1 cần truyền một nhiệt lượng là Q để nhiệt độ vật tăng lên T2 khi đó C có giá trị bằng:
C
=
Q
M
(
T
2
−
T
1
)
{\displaystyle C={\frac {Q}{M(T_{2}-T_{1})}}}
[5] Cho vật rắn vào nhiệt lượng kế (có que khuấy) chứa nước ở nhiệt độ T1.
Gọi: m1 là khối lượng của nhiệt lượng kế và que khuấy.
C1 là nhiệt dung riêng của chất làm nhiệt lượng kế.
m2 là khối lượng nước chứa trong nhiệt lượng kế. C2 là nhiệt dung riêng của nước. Nếu T >T1 thì vật rắn tỏa ra một nhiệt lượng Q và nhiệt độ vật giảm từ T xuống T2. Q=M.C.(T – T2)[5] Đồng thời nhiệt lượng kế que khuấy và nước nhận số nhiệt lượng ấy để tăng nhiệt từ T1 đến T2. Q=(m1.C1+m2.C2)(T2–T1) Suy ra: C = ( m 1 . C 1 + m 2 . C 2 ) . ( T 2 − T 1 ) M ( T − T 2 ) {\displaystyle C={\frac {(m_{1}.C_{1}+m_{2}.C_{2}).(T_{2}-T_{1})}{M(T-T_{2})}}} - Nếu thể tích của hệ là một mol thì ta có nhiệt dung phân tử (tạm ký hiệu là Cmol) + Nhiệt dung mol đẳng tích (ký hiệu Cv) là nhiệt dung tính trong quá trình biến đổi mà thể tích của hệ không đổi và được tính bằng δ.Qv chia cho n.dT + Nhiệt dung mol đẳng áp (ký hiệu Cp) là nhiệt dung tính trong quá trình biến đổi mà áp suất của hệ không đổi và được tính bằng δ.Qp chia cho n.dT Hai nhiệt dung trên nếu tính cho một đơn vị khối lượng thì được nhiệt dung riêng đẳng tích và nhiệt dung riêng đẳng áp (giá trị của nhiệt dung riêng trong các bài tập vật lý phổ thông thường là nhiệt dung riêng đẳng áp vì trong các bài tập đó áp suất của hệ là không đổi và bằng áp suất khí quyển và ở phổ thông người ta chỉ gọi nó đơn giản là nhiệt dung riêng thôi). Nếu tính cho một mole thì được nhiệt dung phân tử (nhiệt dung mol) đẳng tích và đẳng áp, giá trị của các nhiệt dung này cho khí lý tưởng
Lượng nhiệt tỏa ra xảy ra thông qua da qua các cơ chế sau:
Sự đóng góp của mỗi cơ chế này khác nhau phụ thuộc nhiệt độ môi trường và độ ẩm. Khi nhiệt độ môi trường thấp hơn nhiệt độ cơ thể, bức xạ cung cấp 65% cơ chế làm mát. Sự bốc hơi thông thường cung cấp 30% cơ chế làm mát, thoát hơi nước và sản xuất nước tiểu và phân cung cấp khoảng 5% cơ chế làm mát của cơ thể.
Khi nhiệt độ môi trường> 35 ° C, sự bay hơi chiếm hầu như tất cả sự tản nhiệt vì các cơ chế khác chỉ hoạt động khi nhiệt độ môi trường thấp hơn nhiệt độ cơ thể. Tuy nhiên, hiệu quả của việc đổ mồ hôi là rất hạn chế. Mồ hôi chảy ra từ da không bị bốc hơi và không đóng góp vào việc làm mát cơ thể. Hiệu quả của đổ mồ hôi cũng bị hạn chế bởi diện tích bề mặt cơ thể và độ ẩm. Khi độ ẩm> 75%, mất nhiệt qua bay hơi giảm rõ rệt. Do đó, nếu cả nhiệt độ môi trường và độ ẩm cao, tất cả các cơ chế giải nhiệt sẽ bị mất đi, tăng đáng kể nguy cơ bị bệnh nhiệt.
Cơ thể có thể bù đắp cho sự biến đổi lớn về tăng hấp thu nhiệt, nhưng tiếp xúc lâu dài với nhiệt lượng vượt quá khả năng tỏa nhiệt sẽ làm tăng nhiệt độ trung tâm. Khi mức độ tăng nhiệt độ cơ thể mức vừa phải, tạm thời thì cơ thể có thể chịu đựng được, nhưng khi nhiệt độ cao nghiêm trọng (điển hình > 41° C) dẫn đến sự biến đổi protein và đặc biệt làm việc lâu trong môi trường nhiệt, giải phóng các cytokine viêm (ví dụ, yếu tố hoại tử khối u-alpha, IL-1b). Kết quả là, rối loạn chức năng tế bào xảy ra và quá trình viêm được kích hoạt như dòng thác, dẫn đến rối loạn chức năng của hầu hết các cơ quan và kích hoạt thác dòng thác đông máu. Những quá trình sinh lý học này tương tự như các quá trình hội chứng rối loạn chức năng của nhiều cơ quan Hội chứng rối loạn chức năng đa cơ quan (MODS) Sốc là tình trạng suy giảm tưới máu cơ quan với kết quả là rối loạn chức năng tế bào và tử vong. Cơ chế có thể làm giảm khối lượng tuần hoàn, giảm cung lượng tim, và giãn mạch, đôi khi shunt... đọc thêm , sau sốc kéo dài.
Các cơ chế bù trừ bao gồm đáp ứng giai đoạn cấp của các cytokine khác làm giảm phản ứng viêm (ví dụ, bằng cách kích thích sự sản sinh ra các protein làm giảm sản xuất các gốc tự do và ức chế sự giải phóng các enzyme phân hủy). Ngoài ra, tăng nhiệt độ trung tâm kích hoạt biểu hiện của protein sốc nhiệt. Các protein shock nhiệt này làm tăng khả năng chịu nhiệt bằng các cơ chế chưa được hiểu rõ (ví dụ, bằng cách ngăn ngừa sự thoái biến protein) và bằng cách điều chỉnh các đáp ứng tim mạch. Khi nhiệt độ cao kéo dài hoặc cực kỳ khắc nghiệt, cơ chế bù đắp bị choáng ngợp hoặc bị rối loạn, gây ra hội chứng rối loạn chức năng và viêm nhiều cơ quan.
Nhiệt lượng được điều chỉnh bởi sự thay đổi lưu lượng máu qua da và sản xuất mồ hôi. Dòng máu qua da từ 200 đến 250 mL/phút ở nhiệt độ bình thường nhưng tăng lên 7 đến 8 L/phút với áp lực nhiệt cao (và tạo điều kiện mất nhiệt do các phương pháp đối lưu, dẫn nhiệt, truyền nhiệt và bay hơi). Ngoài ra, stress do nhiệt làm tăng sản xuất mồ hôi từ không đáng kể đến > 2 L/h; tuy nhiên, mặc dù mồ hôi chảy ra từ da không góp phần làm mát nhưng nó vẫn đóng góp vào việc mất nước. Mồ hôi mất nhiều đáng kể có thể xảy ra ít cảm nhận được trong không khí rất nóng, rất khô, trong đó mồ hôi bốc hơi rất nhanh. Với sản xuất mồ hôi> 2L/h, mất nước có thể tiến triển rất nhanh. Vì mồ hôi có chứa chất điện giải, nên có thể mất điện giải đáng kể. Tuy nhiên, tiếp xúc kéo dài với nhiệt độ cao gây ra thay đổi sinh lý để thích nghi với nhiệt độ cao kéo dài (như sống trong vùng khí hậu nóng); ví dụ, nồng độ muối ở mồ hôi là 40 đến 100 mEq/L ở những người không thích nghi với khí hậu nóng nhưng giảm xuống còn 10 đến 70 mEq/L ở những người đã thích nghi. |
