через что уходит тепло у человека
5 общепринятых мифов и их опровержения
Тема: Здоровье
1. Большую часть тепла мы теряем через голову
Все мы помним одну известную мамину премудрость: “Не иди гулять без шапки. Всё тепло уходит через голову”. В принципе понятно, откуда “ноги растут”, ведь тепло всегда поднимается вверх.
На самом деле это убеждение каждый человек воспринимает по-своему, некоторые даже полагают, что более 80 процентов тепла тела уходит именно через голову.
В действительности, тепло одной части тела равно количеству тепла любой другой части тела. Этот миф уходит своими корнями в 1950-е годы. Все началось с крайне непродуманного эксперимента, проведённого армией США.
Военные решили “подержать” на холоде нескольких добровольцев, а позднее измерить температуру каждой из частей тела. Важная деталь: военачальники снабдили испытуемых всем необходимым для того, чтобы выжить в суровых арктических условиях, но забыли дать добровольцам шапки.
Поэтому, несмотря на то, что люди постепенно теряли тепло через все тело, естественно, что большая его часть уходила через голову. Этого и следовало ожидать.
После проведения данного эксперимента были опубликованы “сенсационные” выводы: голова должна быть покрыта, потому что около половины теплопотери происходит именно через голову.
Позднее, после проведения анализа данного феномена более вменяемыми учёными выяснилось, что все части тела в этом случае одинаковы, и через голову человек теряет не более 10 процентов тепла.
Выходя на холод, всё же не следует забывать о шапке. Хотя этот совет касается всего тела — все его части должны быть в тепле.
2. В повседневной жизни человек использует только 10 процентов своего мозга
Некоторые люди приписывают это высказывание гению прошлого века — Альберту Эйнштейну, хотя справедливости ради нужно отметить, что ни в одном труде великого ученого или его сподвижников никогда не говорилось о том, что человек использует не больше 10 процентов собственного мозга.
Результаты работы американских специалистов показывают, что упоминания про этот миф содержится в источнике 1907 года, причем данная гипотеза «разваливается» под влиянием многочисленных исследований пациентов с повреждениями мозга. Авторы этих исследований убедительно доказали, что люди используют значительно больше десятой части своего головного мозга, так как специалистам еще ни разу не удалось выявить хотя бы одну полностью неактивную часть этого органа. Вполне понятно, что о «нефункционирующих» 90% даже не может быть и речи.
В заключение добавим, что чаще всего «10-процентный» миф повторяется людьми, активно пропагандирующими самосовершенствование человека.
3. Утолять жажду минеральной водой полезно для здоровья
Те, кто постоянно употребляет минеральную воду, считая, что утоляют жажду с пользой для своего здоровья — находятся в плену заблуждения. Это подтверждается целым рядом факторов.
Во-первых, человеческому организму необходима обычная питьевая вода. Её хоть и можно иногда заменять минеральной, но полностью замещать простую воду минеральной — идея не самая удачная.
Во-вторых, надо понимать, что минеральная вода бывает разная. Она делится на лечебную и столовую. Утоление жажды лечебной минеральной водой столь же вредно, как и утоление голода таблетками анальгина. Всё дело в том, что в подобной воде концентрация солей в 5–7 раз превышает допустимые для питьевой воды нормы. Из этого следует, что только люди, страдающие определенными заболеваниями, смогут ощутить пользу от употребления такой воды. Что касается здоровых людей, то постоянное употребление лечебной минеральной воды — это прямой путь к почечно-каменной болезни. Тем не менее, многие предпочитают следовать именно по этому пути.
Исходя из сказанного выше, рекомендуем уяснить для себя следующее правило: жажду время от времени допустимо утолять столовой минеральной водой, а лечиться — лечебной минеральной.
4. Яйца — это высокий холестерин
Вначале диетологи говорили нам, утром перед работой яйца это хорошо, потом начали рассказывать про вредность сердцу. Но все-таки наверное первое утверждение правильней.
Да яйца содержат холестерин, но наш организм преобразует его и уменьшает его количество при переваривании. Исследование показало, что употребление 2-х яиц в день в течение 12-ти недельного наблюдения не изменило уровень холестерина в организме.
А кроме того, что яйца низкокалорийны (75 ккал в яйце), так она содержат витамин Д, витамин В-12 и другие полезные питательные вещества.
5. Кофе без кофеина
Исследование Университета Флориды University of Florida показало, что в кофе без кофеина кофеин все-таки присутствует, причем в достаточно больших количествах.
Люди, страдающие определенными заболеваниями (например, гипертонией), а также представители некоторых религиозных конфессий, отказываются от употребления кофеина. Однако, в 10 чашках растворимого кофе, на банке которого написано “не содержит кофеина”, содержится столько же кофеина, сколько в двух чашках обычного. Этот вывод был сделан на основе анализа 10-ти сортов кофе без кофеина, продаваемых в США.
В среднестатистической порции растворимого “кофе без кофеина” обнаружено от 8.6 до 13.9 миллиграммов кофеина. В порции “молотого кофе без кофеина” — 12-13.4 миллиграмма. По стандартам, действующим в США и Западной Европе, в одной порции “кофе без кофеина” должно содержаться не более 3 миллиграмм кофеина. Для сравнения, в чашке обычного растворимого кофе содержится 85 миллиграммов кофеина, в стакане Coca-Cola — 31 миллиграмм. Даже небольшие дозы кофеина влияют на ритм сердца, кровяное давление и психику человека. Эту информацию опубликовал журнал Journal of Analytical Toxicology.
По данным Администрации США по Контролю за Продовольствием и ЛекарствамиUS Food and Drug Administration, количество кофеина в чашке кофе зависит от многих факторов: сорта кофе (например, в робуста почти вдвое больше кофеина, чем в арабике), места производства кофейных зерен, способа приготовления (“вареный” кофе содержит больше кофеина, чем растворимый) и т.д. Нормальным считается употребление 300 миллиграмм кофеина в сутки.
Eggheado — это познавательная статья к завтраку.
Какая часть тела теряет максимум тепла?
Без шапки человек замерзнет мгновенно и заболеет- подобное мнение является весьма распространенным. Поэтому многие считают, что именно через голову уходит основная часть теплоты организма. Так ли это на самом деле?
Данная идея так укоренилась с 1950 года, что военные ученые помещали испытуемых разных экспериментов в арктические спасательные костюмы (без прикрытия головы) и измеряли убыль тепла при экстремально низких температурах.
Однако на деле голова с шеей занимают только 10% площади поверхности тела, и с точки зрения потери тепла они никак не отличаются от всей прочей кожи. Если голова, как может показаться, стынет на морозе сильней, то только из-за того, что концентрация нейронов в шее и голове в отличие от других участков тела делает их чувствительней к изменениям температуры.
Однако информация от нервной системы (а именно чувство холода) не является прямым признаком утраты тепла. Все зависит от циркуляции крови — в голове и шее такого увеличения числа кровеносных сосудов нет. Тело реагирует на холод через закрытие сосудов в незащищенной коже и уменьшения кровотока к конечностям. Именно потому уши, нос и пальцы на руках и ногах чувствительны к обморожению, тогда как мозг и жизненно важные органы в тех же условиях остаются непораженными.
Другой реакцией на холод является озноб: мышцы производят непроизвольно минисокращения, создавая так тепло. Эти 2 реакции — автоматические.
Поэтому голову, равно как и прочие части тела, от холода нужно беречь одинаково.
5 ошибочных концепций, которые мы усвоили с детства
Когда мы вырастаем до двух лет, то начинаем задаваться вопросами о нашем теле. Подрастая, наши вопросы становится всё более сложными и многочисленными, чтобы любой разумный человек смог на них ответить. И это не случайно, что примерно в это время наши родители ведут нас в школу, которая может дать эти ответы.
К сожалению, многие из ответов, которые вы получите, есть ложь, которая, кажется, специально создана, чтобы сделать мир вокруг более скучным. Иначе как ещё можно заставить вас перестать задавать эту кучу вопросов? Например, вы, возможно, продолжаете верить, что:
5. У вас всего 5 чувств
Зрение, обоняние, осязание, вкус, слух. Это есть ваши пять органов чувств. С детского сада повелось, что если кто-то думает, что у него шесть чувств, тот либо экстрасенс, либо Найт Шьямалан (режиссёр знаменитого «Шестого чувства). Оригинальную классификацию чувств чаще всего приписывают Аристотелю, так что если вы пытаетесь спорить о том, что существует больше пяти чувств, вы, возможно, спорите с человеком, который изобрёл интеллект.
Учёные до сих пор не совсем уверены, сколько именно чувств у нас есть, и что именно представляют из себя эти чувства. В зависимости от того, как их подсчитывать, насчитывают от 14 до 20 чувств. Пять из них вы знаете ещё с детства, а вот остальные гораздо интереснее.
Гарвардская школа медицины насчитывает шесть дополнительных чувств, против которых трудно привести доводы. Закройте глаза, затем дотроньтесь указательным пальцем до носа. Откуда вы знаете, где какой палец, не видя их? Откуда вы знаете, где находится ваш нос? Это проприоцепция, понимание телом, где что и по отношению к чему в теле находится.
Возможно, одно из самых интересных «неучтённых» чувств, это ваше чувство времени. Ведущий невролог Дэвид Иглман считает, что это самое важное из всех чувств, поскольку является той нитью, что связывает вместе остальные чувства. Набор ощущений от, скажем, яблока, без чувства времени скажет вам, что все они происходят одновременно.
Стоит также отметить, что чувства, о которых ваш воспитатель в детском саду забыл упомянуть, также могут работать как сверхспособность. Например, если вы идёте по лесу, и слышите, как в кустах слева от вас зарычал медведь, звук рыка достигнет вашего левого уха на одну миллионную долю секунды быстрее, чем правого. Ваше чувство времени позволит уловить эту разницу, и определить местоположение медведя в пространстве.
4. Вкусы на языке
Многие с ранних лет уверены, что каждая зона на языке отвечает за ощущение определённого вкуса.
Такое заблуждение десятки лет передаётся из поколения в поколение, но это совершенная неправда. Как часто бывает, всё началось с неправильного перевода немецкого исследования вековой давности. В 1901 году немецкий учёный Д. П. Ханиг провёл эксперименты со вкусом, и обнаружил, что некоторые добровольцы ощущают определённые вкусы более ярко на определённых участках языка. Сорок лет спустя гарвардский исследователь доктор Боринг, неправильно перевёл результаты немецкого исследования.
Исследователям давно известно, что все области языка одинаково хорошо обнаруживают различные вкусы. Едва ли можно говорить о внезапно наступившей демократии и равенстве в пределах отдельно взятого языка, поскольку каждый язык имеет индивидуальные характеристики. Ваш язык как отпечаток пальца. Каждая из наших «языковых карт» ощутит различные вкусы, иногда от одного и того же обеда.
Вкусовая «карта языка» спустя тридцать лет была официально развенчана, хотя умные книжки продолжают помещать красочные иллюстрации карты языка, а буржуи-производители вина убеждают вас покупать специальные бокалы, которые позволили бы направлять напиток точно на оптимальную для «раскрытия этого чудесного букета» языковую зону.
3. Ваша личность определяется «левостью» или «правостью» мозга
Наверняка вы слышали расхожее мнение о том, что если вы левша, то у вас есть некоторые особенности, которые помогают лучше проявлять себя в творчестве, а «правость» лучше подходит для логической или интеллектуальной работы. Всё это потому, что правая сторона вашего мозга (который контролирует левую сторону вашего тела) полностью отвечает за креативность, тогда как левая отвечает за логику.
Как выяснилось, вся концепция о творческом гении, оккупировавшем правую часть мозга, является одним большим мифом. Хотя миф этот разошёлся так широко, что учителя зачастую толкуют о необходимости сбалансированного развития деятельности правого и левого полушария, или мозг ребёнка разовьётся непропорционально, подобно армрестлерам, с одной хилой, а другой невероятно развитыми руками.
Определённые отделы мозга действительно отвечают за определённые функции, но идея того, что они размещаются в разных полушариях, просто нелепа. Например, хотя грамматика и словарный запас размещаются на левой стороне мозга, отделы, отвечающие за интонацию и акцент, находятся справа. Так что вам не справиться с языком без включения обоих полушарий.
Так работает основная часть функций мозга. Наряду с языком, эмоции (за которые, вроде как, отвечает правое полушарие) и арифметика (где якобы главенствует холодная и расчётливая левая сторона) получают поддержку с обеих сторон мозга. Учёные скажут вам, что для того, чтобы быть по-настоящему креативным или сильным в логике, вам понадобятся ресурсы обоих полушарий.
2. Вы теряете большую часть температуры тела через голову
Одна из маминых мудростей, наверное, до сих пор отдаётся у вас в голове: «Не гуляй без шапки. Большая часть тепла уходит через голову». В конце концов, в этом может быть смысл, ведь тепло поднимается вверх.
Вообще, убеждение в проценте потери тепла через голову у каждого варьируется, кто-то даже считает, что через голову уходит до 80 процентов тепла тела.
В действительности, покрытие одной части тела имеет такой же эффект, как и покрытие любой другой части тела. Происхождение этого мифа берёт начало в 1950-х. В одном из наименее продуманных исследований всех времён, армия США решила поместить нескольких испытуемых в холод, и затем измерить температуру каждой части тела. Небольшая деталь: армия снабдила испытуемых набором выживания для Арктики, но забыла дать им шапки.
Так что, хотя испытуемые и теряли тепло через все части своего тела, разумеется, наибольшая потеря тепла происходила через голову. А чего ещё они ожидали? После этого армейские учёные гордо распечатали свой мануал по выживанию с блестящим советом о том, что лучше покрывать свою голову, потому что 40-45 процентов теплопотери тела происходит через голову.
Позже, вменяемыми учёными было выяснено, что все части тела одинаковы, и что через голову вы теряете не больше 10 процентов тепла.
Но выходя на холод, всё равно не забывайте одевать шапку. Хотя то же касается всех ваших конечностей, да и вообще всех частей вашего тела.
1. Толстым или худым делает вас ваш метаболизм
С младых ногтей мы усваиваем, что даже если следить за тем, что вы едите, и регулярно заниматься, в итоге вы всё равно располнеете из-за чего-то там, под названием метаболизм. Метаболизм, это то, сколько энергии ваше тело использует для того, чтобы дышать, чтобы сердце билось, и остальных, необходимых для нормального существования функции.
Если вы хотите знать, почему вы толстый или худой, возьмите число калорий, которые вы вводите в свой организм, и отнимите калории, использованные телом. Чем дальше вы будете от нуля, тем толще будете становиться. Теория медленного обмена веществ предполагает, что количество потребляемых калорий является «тёмной лошадкой», которую нельзя контролировать.
И нет никакого особенного времени суток для принятия пищи, что магически сделает вашу фигуру стройнее. В действительности, учёные, которые не работают над созданием новых чудо-завтраков для похудания, считают, что если вы пытаетесь сбросить вес, то лучшим вариантом было бы отказаться как раз от завтрака.
Они говорят, что нет никакой особенной разницы между обменом веществ полных и худых людей. Исследователи из клиники Майо обнаружили, что метаболизм людей с избытком и недостатком веса является противоположным тому, что мы обычно слышим: у худых людей метаболизм в действительности медленнее, чем у их более тяжёлых оппонентов.
А как насчёт тех, кто клянётся, что съедает в день не больше рациона колибри, хотя всё равно продолжает набирать вес? Исследования показывают, что они не совсем обязательно кривят душой, просто они становятся жертвой неправильного восприятия и оценки. Просто люди с избытком веса едят большие порции, и недооценивая то, сколько они съедают, считают, что вынуждены страдать от некоего несправедливого преимущества в виде «неправильного обмена веществ».
Как человек теряет тепло?
После изучения вопроса «А как влажность влияет на ощущение холода», мне стало интересно, а как человек теряет тепло?
Меня интересует ситуация в зимнее время года для большинства людей в России, поэтому будет изучаться следующий диапазон:
Скорость ветра 0-20 м/c
Влажность 80% — без диапазона, т.к. почти не влияет, читайте тут
Человек теряет тепло следующими путями:
1) Дыхание. мы обогреваем воздух и увлажняем воздух, а испарение воды очень энергозатратно
2) Открытые участки кожи: излучение и кондукция через открытые участки кожи
3) Одежда: тепло проходит от кожи к поверхности одежды, а дальше одежда передает тепло в окружающую среду с помощью кондукции и излучения
4) Обувь: кондукция через подошву, или почему замерзают стопы.
5) Потовыделение — будет учитываться потовыделение при комфортных условиях, т.к. мне интереснее проследить грань, где человек начинает замерзать. Если с вас ручьями льет пот, скорее всего вы не замерзаете.
6) Конвекция. Конвекция в слоях одежды и связь с окружающим воздухом, сюда же можно отнести перенос тепла нагретым воздухом через продуваемую одежду. Эту штуку практически невозможно учитывать т.к. сама одежда практически непродуваема, а основные потери будут из-за зазоров между одеждой или дырок в одежде, а тут уже все слишком индивидуально. Но она не играет большой роли зимой, т.к. верхний слой одежды у всех непродуваемый.
Дальше будут идти разделы, посвященные подробному разбору каждого вида потерь. Вначале каждого раздела идет обоснование и вывод формул, в конце графики и анализ результатов, кто не любит горы текста «Почему это именно так?» лучше сразу идите по концам разделов.
Сначала введем обозначения. индекс «возд» — значит эта величина относится к вдыхаемому воздуху, «выд» — выдыхаемый воздух.
ρ — плотность воздуха
ρh2O — плотность насыщенных водяных паров в воздухе
L — теплота испарения воды
P — человеческая тепловая мощность, Pmin — минимальная (состояние покоя), Pmax — максимальная (очень тяжелая работа, быстрый бег)
N — минутный объем дыхания (сколько воздуха проходит в минуту через объем легких), Nmin — минимальный (соответствует покою), Nmax — максимальный (соответствует тяжелой работе)
Человек при дыхании тратит тепло на 2 вещи: обогревание воздуха и испарение воды из легких.
Дальше идут немного творческие формулы, т.к. это вещи, касающиеся физиологии людей, а тут все жутко индивидуально. Например на зависимость объема дыхания от нагрузки очень сильно влияет физ.подготовка человека, его возраст, заболевания и т.д.
Тепловая мощность человека (P), варьируется от 90Вт в состоянии покоя, до, по разным источникам, 300-450 Вт при высоких нагрузках. Я выбрал максимум 450Вт.
Температура выдыхаемого воздуха в состояние покоя не 36.6°С, как многие считают, а чуть ниже, около 34°С. Причина проста — при дыхании, вдыхаемая порция воздуха разбавляет воздух в легких (который примерно 36,6°С), тем самым, снижая его температуру. Затем, он сразу выдыхается и практически не успевает дополнительно нагреться.
Поэтому, в составленных формулах содержится много творчества — я знаю, что низкие температуры понижают температуру выдыхаемого воздуха на пару градусов и гипервентиляция при низких температурах может понизить еще на 5°, также логично, что чем ниже температура, тем сильнее влияет гипервентиляция. И вуаля…
Влажность выдыхаемого воздуха по разным источникам варьируется от 70% до 100%. Опять, логично, что при высокой гипервентиляции воздух в легких не будет успевать увлажнятся настолько сильно, чтобы выдыхаемый воздух имел 100% влажность.
В целом, цифры похожи, пусть и форма кривых другая, они придумывали свои формулы, я свои.
Если рассмотреть широкий диапазон от 90 до 450 Вт, можно сделать пару выводов.
1) теплопотери при дыхании, не столь сильно зависят от температуры, сколько от интенсивности дыхания
2) При высоких нагрузках дыхание реально сжирает много энергии, да и при низких оно составляет не менее 25-30% от производимого тепла.
3) Маловероятно, что реальные потери при дыхании могут составлять 300Вт, да даже 200Вт, т.к. вы просто не сможете дышать так часто на холоде.
А сколько тратится на обогрев воздуха, а сколько на испарение воды? ответ есть у меня, вот набор графиков при разных P.
В целом, потери на нагрев воздуха и испарение воды сопоставимы при любой нагрузке. Слабое уменьшение трат на испарение воды с понижением температуры связано с уменьшением температуры выдыхаемого воздуха. Чем меньше температура воздуха, тем меньше паров там может содержаться, тем меньше воды испаряется.
2) Открытые участки кожи
Тепло теряется следующими путями: через излучение и через кондукцию.
Излучение. Тут все просто, закон Стефана-Больцмана. Учитываем, что кожа не абсолютно черная, коэффициент черноты равен 0,9. Будем считать, что открыто только лицо (мы в шапке и перчатках), лицо составляет около 3% от всей площади тела (S), а вся площадь тела равна примерно 2м²
Кондукция. Тут следующая модель, считается, что рядом с поверхностью существует слой неподвижного воздуха (d), который зависит от скорости воздуха (v). Для этого слоя можно записать уравнение теплопроводности
Единственная неопределенная здесь вещь — температура кожи. В обычных условиях температура кожи около 33-31°. Но на холоде она уменьшается. Логично, что ниже 0° она опустится не может (это уж обморожение). Я взял 20°С, и просто держим в уме, что при сильном ветре/низкой температуре реальные потери будут слегка меньше, т.к. температура кожи может опустится ниже 20°
ОТКРЫТЫЕ УЧАСТКИ КОЖИ ВЫВОД
Посчитаем и посмотрим. Ниже представлен график суммарных потерь.
А вот тут отдельно излучение,
А тут только кондукция
Как можно заметить, основной вклад, около 90% вносит кондукция, которая сильно зависит от скорости ветра — это именно те потери, которые ощущаются, как жжение кожи на ветре, и да, они существенны.
НО! я не хочу ваш комплект одежды, меня интересует конкретно потери через одежду. Если посмотреть теплопроводность пухового пакета (из них пуховики делают), мы увидим значение в 0,91-0,97 °C/(м*Вт), что примерно равно 6-6,5clo. Поэтому поднимем «класс защиты» на 1. Будем считать, что демисезонная 4clo, зимняя 6clo, арктическая 8clo.
Перейдем непосредственно к расчетам. Для поверхности одежды можно записать уравнение теплового баланса. Количество теплоты поступаемое от кожи равно количеству теплоты, которое теряется излучением и кондукцией.
tкожи — температура кожи под одеждой, принимается за 30°
коэффициент черноты одежды принимается за 0,7.
i — теплопроводность, обсуждали выше. Clo = 0.155 °C/(м*Вт)
После решения этого уравнение, мы получаем зависимость температуры поверхности одежды от температуры воздуха и скорости ветра.
Данный график построен при i=4, т.е. демисезонная одежда, при более теплой одежде разница температур уменьшается пропорционально i. Получается, что температура поверхности одежды практически совпадает с температурой улицы при любых условиях.
Сами теплопотери равны:
Доля излучения в потерях:
Доля кондукции в потерях:
Какие можно сделать выводы? Потери через одежду практически не зависят от скорости ветра и полностью обуславливаются разностью температур. Здесь не учитывается выдувание теплого воздуха из-под одежды, т.к. оно в целом незначительно (должно быть незначительно, если не так — у вас плохо подобрана одежда) и удачи нормально это посчитать.
А вот тут все просто, считаем сколько тепла передается через подошву кондукцией. Температура подошвы равна температуре окружающей среды (воздуха)
Коэффициент теплопроводности 0.06 Вт/(м*°С) — пористая резина
d — толщина подошвы, диапазон от 1 см до 4 см
температура стоп нормальная около 25°, но в обуви обычно поменьше, т.к. охлаждается, возьмем 20°С — легкая прохлада, но ноги еще не замерзают.
зависимость от температуры и толщины подошвы выглядят так
Мало, по сравнению со всеми предыдущими потерями прям очень мало, особенно по сравнению с лицом. Это не учитывает потерь не через подошву, но там потери будут еще меньше.
Меня больше интересует когда человек начинает замерзать, поэтому я не буду рассматривать охлаждение потом при интенсивной работе, когда с вас льет ручьем. И пот связан именно с перегревом, если вам холодно и вы начнете бегать — вы не сразу вспотеете.
Человек в день теряет около 0,5л воды через кожу, разделим на 24, получим около 20мл в час.
Проведя несложный расчет, получим, что испарение пота в спокойных условиях тратит около 12-13Вт. Небольшой, но значимый вклад.
Я уже писал, почему не буду это считать. Если кто, хочет запарится или знает как это оценить you welcome.
Рассмотрим картину в целом. У нас есть 5 различных теплопотерь, каждая из которых зависит от своих параметров. Давайте создадим наиболее частые случаи и посмотрим что и как происходит, но сначала рассмотрим, а чем мы можем управлять
Подробный разбор я продолжу в следующем посту т.к. редактор начал ругаться.