прогноз, лечение, симптомы в международной клинике Медика24

Многие люди уверены, что «нормальная» температура тела всегда равна 36,6°C. Всё, что отклоняется от этого значения – уже «не норма».

На самом деле температура тела человека, как и любого живого существа – не какой-то застывший показатель. Наше тело постоянно генерирует тепловую энергию и отдает её вовне, каждый из этих процессов (по-научному они называются теплопродукцией и теплоотдачей) может либо усиливаться, либо ослабляться, в зависимости от того, что происходит внутри организма, и в каких условиях он находится.

В течение дня температура тела здорового человека может изменяться на целых 0,6°C. Она зависит от целого ряда факторов:

• температура воздуха;
• время суток;
• физическая активность;
• уровни гормонов;
• у женщин температура тела изменяется во время месячных, овуляции.

Даже если измерять температуру у одного и того же человека, но в разных местах, градусник покажет разные значения. Самая низкая температура в подмышечной впадине, выше – при измерении во рту и в ухе (при помощи специальных ушных термометров; подробнее о видах термометров можно почитать здесь), самая высокая – при измерении в прямой кишке.

Термометр наверняка «приврет», если измерять температуру в течение 20-30 минут после еды, курения, питья горячей или холодной жидкости. А после горячей ванны и энергичных упражнений лучше подождать не менее часа.

Температуру тела контролирует головной мозг. В нем, как в компьютере, с рождения «загружено» нормальное значение, на которое он постоянно ориентируется. Когда температура тела повышается, головной мозг сразу «узнаёт» об этом и активирует механизмы теплоотдачи (например, человек начинает потеть). При снижении температуры, напротив, запускаются механизмы теплопродукции (мышцы на холоде дрожат не просто так – таким образом они вырабатывают тепло).

Существуют вещества, которые называются пирогенами. Некоторые из них могут попадать в организм извне, другие вырабатываются телом человека. Пирогены способны «сбивать прицел» головного мозга. Тело человека нагревается, а нервной системе кажется, что оно замерзает – это приводит к ненормальному, патологическому усилению теплопродукции. Организм пытается «согреться», не замечая, как тем самым наносит себе вред. Развивается состояние, которое врачи называют лихорадкой.

Возникает вопрос: где граница между обычным повышением температуры тела и лихорадкой? Когда реакцию организма можно считать ненормальной?

У большинства взрослых людей лихорадкой считается повышение температуры, измеренной в ротовой полости, более 38°C, в прямой кишке – более 38,3°. У детей о патологическом процессе говорит повышение ректальной температуры более 38°C.

Жаропонижающие рекомендуется принимать только в том случае, когда температура поднимается выше этих цифр.

Чаще всего лихорадка возникает во время инфекций. Но существуют и другие причины:

• Лекарственную лихорадку способны вызывать антибиотики, наркотические анальгетики, антигистаминные (противоаллергические) средства, барбитураты и многие другие лекарства.
• Тяжелые травмы и повреждения внутренних органов. Температура повышается во время инсульта, инфаркта, тяжелых ожогов, теплового удара.
• Лихорадкой могут сопровождаться и многие заболевания, такие как гипертиреоз, артрит, некоторые злокачественные опухоли (рак печени, легких, лейкемия, лимфома Ходжкина).

Жаропонижающие средства помогают сбить температуру и улучшить состояние, но они не устраняют основную причину заболевания. Поэтому при лихорадке не стоит заниматься самолечением. Лучше сразу вызвать врача.

Откуда берется высокая температура?

Высокая температура – это признак того, что в нашем организме что-то происходит. Она доставляет дискомфорт, но обычно не является причиной для серьезного беспокойства до тех пор, пока цифры на градуснике не достигают отметки 38,9°C и выше. В этой статье мы рассмотрим, почему повышается температура и в каких случаях необходимо обращаться за медицинской помощью.

Нормальная температура тела зависит от возраста человека, его уровня активности и времени суток. В среднем здоровая температура составляет 37°C, хотя как показывают исследования, диапазон нормы расширен от 36,1°C до 37,2°C. Показатель 38°C свидетельствует о присутствии у человека инфекции или заболевания.

За регулирование температуры тела отвечает одна из важнейших частей мозга – гипоталамус, который выполняет функцию терморегулятора. Когда в нашем организме все в порядке, он поддерживает нормальную температуру. Если же в крови появляются вещества под названием пирогены, гипоталамус перенастраивает температуру, повышая её за пределы нормы.

Пирогены – это вещества, которые провоцируют повышение температуры. Они могут производиться внутри организма (эндогенные, или внутренние пирогены), а также проникать в него извне (экзогенные, или внешние). Внешние пирогены включают токсины (яды), которые вырабатываются вирусами или бактериями. К внутренним пирогенам относятся аномальные химические вещества, которые производятся самим организмом. Они вырабатываются раковыми клетками и специальными белками, которые высвобождаются в кровь в процессе нормальной реакции иммунной системы.

В большинстве случаев виноваты вирусные инфекции, особенно верхних дыхательных путей. Также в самые распространенные причины входят инфекции мочевыводящих путей. Однако нельзя исключать и более тяжелые инфекции – менингит, пневмонию, остеомиелит, септический артрит.

Из неинфекционных причин повышения температуры – заболевания соединительной ткани, аллергия, тиреотоксикоз и злокачественные новообразования. Иногда причина скрывается в нарушении работы системы терморегуляции организма. В этом случае внезапно поднимается очень высокая температура (до 41.7°C), что впоследствии может приводить к угрожающим жизни состояниям: тепловому удару, тиреотоксическому кризу, злокачественному нейролептическому синдрому и злокачественной гипертермии. В некоторых случаях проблемы с терморегуляцией приводят к нарушению работы центральной нервной системы.

В целом причины высокой температуры включают:

• Инфекции: бактериальная, вирусная или грибковая. В большинстве случаев источник очевиден, хотя иногда требуется диагностика, которая позволяет обнаружить такие заболевания, как туберкулез или инфекционный эндокардит.
• Воспаления: флебит, тиреоидит, неспецифический язвенный колит, болезнь Крона, панкреатит, саркоидоз, пузырчатка, тяжелый или эксфолиативный дерматит, буллезный пемфигоид.
• Заболевания соединительной ткани: ревматоидный артрит, системная красная волчанка, узелковый полиартериит, полимиозит, дерматомиозит, гигантоклеточный артериит.
• Злокачественные образования: карцинома (особенно рак легких или почек), саркомы, лимфома.
• Эндокринные и метаболические нарушения: заболевания щитовидной железы, подагра, порфирия.
• Поражение тканей: после операций, рабдомиолиз, гемолиз, травматический токсикоз.
• Тромбоэмболические заболевания, включая легочную эмболию и тромбоз глубоких вен.
• Заболевания крови: апластическая анемия, агранулоцитоз, лейкемия.
• Аллергия: аллергические реакции, трансфузионные реакции, геморрагический васкулит.
• Другие причины, включая цирроз, кровоизлияние в мозг, болезнь Кавасаки.
• Реакция на лекарственные препараты: сульфаниламиды и другие антибиотики, барбитураты.

Как диагностируются причины высокой температуры тела?

Если в процессе физического осмотра и анализа медицинской истории обнаруживается очевидная причина (как в случае с ОРВИ), специальная диагностика не требуется. Так и происходит в большинстве случаев. Если же точная причина неясна, врач направляет на:

• Общий анализ крови

Если у пациента повышен уровень лейкоцитов, это указывает на инфекционный процесс или воспалительное заболевание.

• Моно-тест (или тест на гетерофильные тела)

Этот анализ назначается при подозрении на инфекционный мононуклеоз.

• Анализ мочи

Если у человека инфекция мочевыводящих путей, анализ мочи это покажет.

В зависимости от того, страдает ли пациент от сопутствующих симптомов (к примеру, боль в животе), иногда ему назначаются дополнительные обследования.

Что нужно делать при температуре?

Пациентам с температурой до 38,5°C редко требуется прием таблеток. Просто пейте много жидкости, воздерживайтесь от алкоголя и больше отдыхайте. Если же показатели на градуснике повышаются, можно принять парацетамол или ибупрофен.

Если очень высокая температура подбирается к отметке 40°C или выше и не сбивается после приема жаропонижающего, необходимо незамедлительно обратиться за медицинской помощью. Также тревогу нужно бить в случае появления сопутствующих симптомов:

• Судороги,
• Потеря сознания,
• Сложности с дыханием,
• Затвердевшие мышцы шеи,
• Сильная боль в любой области тела, особенно – в голове, груди или животе,
• Появление отеков в любой части тела,
• Прозрачные или неприятно пахнущие выделения из влагалища,
• Боль во время мочеиспускания или плохо пахнущая урина.

Высокая температура появляется по многим причинам, и она не обязательно является признаком простудного заболевания. Для определения точной причины, из-за которой цифры на градуснике выходят за границы нормы, необходимо обратиться к терапевту. Если вы живете в Киеве, обращайтесь в клинику Персомед. Профессионализм и опыт наших врачей позволяет не только избавить от симптомов заболевания, но и вылечить его первопричину.

Источники:

1. Body temperature norms, U.S. National Library of Medicine,
2. Fever, Harvard Medical School,
3. Fever and Night Sweats, Patient.info,
4. Fever, Mayo Clinic,
5. Fever, Cleveland Clinic.

высокая температура

терапевт

11.9: Температурная зависимость — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

• Патрик Флеминг
• Калифорнийский государственный университет Ист-Бэй

Как правило, повышение температуры увеличивает скорость химических реакций. Легко понять почему, поскольку большинство химических реакций зависит от молекулярных столкновений. И, как мы обсуждали в главе 2, частота столкновений молекул увеличивается с повышением температуры. Но также увеличивается кинетическая энергия молекул, что должно увеличить вероятность того, что событие столкновения приведет к реакции. Аррениус предложил эмпирическую модель для объяснения этого явления. 9{-E_a/RT} \номер\]

Хотя модель является эмпирической, некоторые параметры можно интерпретировать с точки зрения энергетического профиля реакции. \(E_a\), например, представляет собой энергии активации , которая представляет собой энергетический барьер, который необходимо преодолеть при столкновении, чтобы привести к реакции.

Рисунок 11.9.1: Профиль реакции для элементарного шага через активированный барьер высотой \(E_a\).

Если константа скорости реакции измеряется при двух температурах, энергию активации можно определить, взяв соотношение. Это приводит к следующему выражению для модели Аррениуса:

\[ \ln \left( \dfrac{k_1}{k_2} \right) = — \dfrac{E_a}{R} \left( \dfrac{1}{T_2} — \dfrac{1}{T_1} \ справа) \label{Аррениус} \]

Пример \(\PageIndex{1}\):

Для данной реакции константа скорости удваивается при повышении температуры с 25 °C до 35 °C. Чему равна аррениусовская энергия активации этой реакции?

Решение

Энергию активации можно рассчитать по уравнению Аррениуса (Уравнение \ref{Аррениуса}).

\[ \ln \left( \dfrac{2k_1}{k_1} \right) = — \dfrac{E_a}{8,314 \, \dfrac{J}{mol\, K}} \left( \dfrac{1 }{308\,К} — \dfrac{1}{298\,K} \right) \nonumber \]

Из этой реакции:

\[E_a = 52,9\, кДж/моль \nonumber \]

Однако предпочтительно, чтобы константа скорости измерялась при нескольких температурах, и тогда можно определить энергию активации, используя все измерения, подгоняя их под выражение

\[ \ln (k) = — \dfrac{E_a}{RT} + \ln (A) \nonumber \]

Это можно сделать графически, построив натуральный логарифм константы скорости как функцию \(1/T\) (при температуре, измеряемой в К). В результате должна получиться прямая линия (для корректной реакции!) с наклоном \(–E_a/R\).

Существуют некоторые теоретические модели (такие как теория столкновений и теория переходных состояний), которые предполагают форму модели Аррениуса, но сама модель является чисто эмпирической. Однако общей чертой теоретических подходов является интерпретация энергии активации как энергетического барьера, который реакция должна преодолеть, чтобы привести к химической реакции.

Эта страница под названием 11.9: Зависимость от температуры распространяется под лицензией CC BY-NC-SA 4.0, ее автором, ремиксом и/или куратором является Патрик Флеминг.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Патрик Флеминг

   Лицензия

   CC BY-NC-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Показать страницу TOC

   № на стр.

2. Теги

   1. энергия активации
   2. Уравнение Аррениуса
   3. Температурная зависимость скорости

Изменение температуры и теплоемкость

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Наблюдать теплопередачу и изменение температуры и массы.
• Рассчитать конечную температуру после теплопередачи между двумя объектами.

Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: при нагревании температура повышается, а при охлаждении снижается. Мы предполагаем, что фазового перехода нет и что над системой или системой не совершается никакой работы. Опыты показывают, что передаваемое тепло зависит от трех факторов — изменения температуры, массы системы, вещества и фазы вещества.

Рис. 1. Теплота Q , переданная для изменения температуры, зависит от величины изменения температуры, массы системы, а также вовлеченного вещества и фазы. а) Количество переданного тепла прямо пропорционально изменению температуры. Чтобы удвоить изменение температуры массы m, нужно добавить удвоенное количество теплоты. б) Количество переданного тепла также прямо пропорционально массе. Чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в удвоенной массе, нужно добавить в два раза больше тепла. в) Количество переданного тепла зависит от вещества и его фазы. Если требуется сумма Q тепла, чтобы вызвать изменение температуры Δ T в данной массе меди, потребуется в 10,8 раз больше тепла, чтобы вызвать эквивалентное изменение температуры в той же массе воды, при условии отсутствия фазового перехода в обоих веществах.

Зависимость от изменения температуры и массы легко понять. Благодаря тому, что (средняя) кинетическая энергия атома или молекулы пропорциональна абсолютной температуре, внутренняя энергия системы пропорциональна абсолютной температуре и числу атомов или молекул. Благодаря тому, что переданное тепло равно изменению внутренней энергии, теплота пропорциональна массе вещества и изменению температуры. Переносимое тепло также зависит от вещества, так что, например, теплота, необходимая для повышения температуры, для спирта меньше, чем для воды. Для одного и того же вещества передаваемая теплота также зависит от фазы (газовая, жидкая или твердая).

Теплопередача и изменение температуры

Количественная зависимость между теплопередачей и изменением температуры содержит все три фактора: Q = mc Δ T , где Q — символ теплопередачи, m — масса вещества, а Δ T – изменение температуры. Символ c означает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы. Удельная теплоемкость – это количество теплоты, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00°С. Удельная теплоемкость c — свойство вещества; его единица СИ — Дж / (кг ⋅ K) или Дж / (кг ⋅ ºC). Напомним, что изменение температуры (Δ T ) одинаково в единицах кельвина и градусах Цельсия. Если теплопередача измеряется в килокалориях, то единицей удельной теплоемкости является ккал/(кг ⋅ ºC).

Значения удельной теплоемкости обычно нужно искать в таблицах, потому что нет простого способа их расчета. В общем случае удельная теплоемкость также зависит от температуры. В таблице 1 перечислены репрезентативные значения удельной теплоемкости для различных веществ. За исключением газов, зависимость теплоемкости большинства веществ от температуры и объема слабая. Из этой таблицы мы видим, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла, и в десять раз больше, чем у железа, а это значит, что требуется в пять раз больше теплоты, чтобы поднять температуру воды на ту же величину, что и для стекла, и в десять раз больше, чем для стекла. много тепла, чтобы поднять температуру воды, как для железа. На самом деле вода имеет одну из самых больших удельных теплоемкостей среди всех материалов, что важно для поддержания жизни на Земле.

Пример 1. Расчет необходимого количества тепла: нагрев воды в алюминиевой кастрюле

Алюминиевая кастрюля весом 0,500 кг на плите используется для нагрева 0,250 л воды с 20,0°C до 80,0°C. а) Какое количество тепла потребуется? Какой процент тепла используется для повышения температуры (b) кастрюли и (c) воды?

Стратегия

Посуда и вода всегда имеют одинаковую температуру. Когда вы ставите кастрюлю на плиту, температура воды и сковороды увеличивается на одинаковую величину. Воспользуемся уравнением теплообмена при заданном изменении температуры и массы воды и алюминия. Удельные теплоемкости воды и алюминия приведены в табл. 1.

Решение

Поскольку вода находится в тепловом контакте с алюминием, кастрюля и вода имеют одинаковую температуру.

Рассчитайте разницу температур:

Δ T = T _f − T _i = 60,0ºC.

Рассчитайте массу воды. Поскольку плотность воды 1000 кг/м ³ , один литр воды имеет массу 1 кг, а масса 0,250 л воды равна м _Вт  = 0,250 кг.

Рассчитайте теплоту, переданную воде. Используйте удельную теплоемкость воды из таблицы 1:

Q _w =  m _w c _w Δ T = (0,4150 кг) Дж(0,2806 кг) 0°С) = 62,8 кДж.

Рассчитайте тепло, переданное алюминию. Используйте удельную теплоемкость алюминия из таблицы 1:

Q _Al  =  m _Al c _Al Δ T  = (0,500 кг)(900 Дж/кгºC)(60,0ºC) = 27,0 × 10 ⁴ Дж = 27,0 кДж. вода. Сначала найдем общее переданное тепло:

Q _Total = Q _w + Q _Al = 62,8 кДж + 27,8 кДж + 27,8 кДж + 27,8 кДж + 27,8 кДж

Таким образом, количество тепла, идущего на нагрев сковороды, составляет

[латекс]\frac{27.0\text{ кДж}}{89.8\text{ кДж}}\times100\%=30,1\%\\[/латекс]

и количество, идущее на нагрев воды, равно

[латекс]\фрак{62,8\текст{ кДж}}{89,8 \text{ кДж}}\times100\%=69,9\%\\[/latex].

Обсуждение

В этом примере тепло, переданное контейнеру, составляет значительную долю от общего количества переданного тепла. Хотя масса кастрюли в два раза больше массы воды, удельная теплоемкость воды более чем в четыре раза больше, чем у алюминия. Следовательно, для достижения заданного изменения температуры воды требуется чуть более чем в два раза больше тепла по сравнению с алюминиевой кастрюлей.

Пример 2. Расчет повышения температуры по работе, совершаемой над веществом: перегрев тормозов грузовика при движении под гору

Рис. 2. Дымящиеся тормоза на этом грузовике являются видимым свидетельством механического эквивалента тепла.

Тормоза грузовиков, используемые для контроля скорости на спуске, работают, преобразовывая потенциальную энергию гравитации в повышенную внутреннюю энергию (более высокую температуру) тормозного материала. Это преобразование предотвращает преобразование потенциальной энергии гравитации в кинетическую энергию грузовика. Проблема заключается в том, что масса грузовика велика по сравнению с массой тормозного материала, поглощающего энергию, и повышение температуры может происходить слишком быстро, чтобы достаточное количество тепла передавалось от тормозов в окружающую среду.

Рассчитайте повышение температуры 100 кг тормозного материала со средней удельной теплоемкостью 800 Дж/кг ⋅ ºC, если материал сохраняет 10 % энергии от 10 000-килограммового грузовика, спускающегося с высоты 75,0 м (при вертикальном перемещении) при постоянном скорость.

Стратегия

Если тормоза не задействованы, гравитационная потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию. При торможении потенциальная энергия гравитации преобразуется во внутреннюю энергию тормозного материала. Сначала вычислим гравитационную потенциальную энергию ( Mgh ), что весь грузовик теряет при спуске, а затем найти повышение температуры только в тормозном материале.

Решение

1. Рассчитайте изменение потенциальной энергии гравитации при движении грузовика вниз по склону
2. Рассчитайте температуру по переданному теплу, используя Q =  Mgh  и [латекс]\Delta{T}=\frac{Q}{mc}\\[/latex], где 9{\ circ} C \\ [/латекс].

Обсуждение

Эта температура близка к температуре кипения воды. Если бы грузовик какое-то время ехал, то непосредственно перед спуском температура тормозов, вероятно, была бы выше температуры окружающей среды. Повышение температуры при спуске, вероятно, повысит температуру тормозного материала выше точки кипения воды, поэтому этот метод нецелесообразен. Однако та же идея лежит в основе новейшей гибридной технологии автомобилей, где механическая энергия (потенциальная энергия гравитации) преобразуется тормозами в электрическую энергию (аккумулятор).

Таблица 1. Удельная теплоемкость [1]  различных веществ
Вещества	Удельная теплоемкость ( c )
Твердые вещества	Дж/кг ⋅ ºC	ккал/кг ⋅ ºC [2]
Алюминий	900	0,215
Асбест	800	0,19
Бетон, гранит (средний)	840	0,20
Медь	387	0,0924
Стекло	840	0,20
Золото	129	0,0308
Тело человека (в среднем при 37 °C)	3500	0,83
Лед (средний, от −50°C до 0°C)	2090	0,50
Железо, сталь	452	0,108
Свинец	128	0,0305
Серебро	235	0,0562
Дерево	1700	0,4
Жидкости
Бензол	1740	0,415
Этанол	2450	0,586
Глицерин	2410	0,576
Меркурий	139	0,0333
Вода (15,0°С)	4186	1. 000
Газы [3]
Воздух (сухой)	721 (1015)	0,172 (0,242)
Аммиак	1670 (2190)	0,399 (0,523)
Углекислый газ	638 (833)	0,152 (0,199)
Азот	739 (1040)	0,177 (0,248)
Кислород	651 (913)	0,156 (0,218)
Пар (100°C)	1520 (2020)	0,363 (0,482)

Обратите внимание, что пример 2 является иллюстрацией механического эквивалента тепла. В качестве альтернативы, повышение температуры может быть произведено с помощью паяльной лампы вместо механического.

Пример 3. Расчет конечной температуры при передаче тепла между двумя телами: наливание холодной воды на горячую сковороду

Предположим, вы наливаете 0,250 кг воды температурой 20,0ºC (около чашки) в 0,500-килограммовую алюминиевую кастрюлю с температурой 150ºC, снятую с плиты. Предположим, что кастрюля находится на изолированной подушке и что незначительное количество воды выкипает. При какой температуре вода и кастрюля через короткое время достигают теплового равновесия?

Стратегия

Кастрюля размещается на изолирующей подушке, чтобы обеспечить небольшой теплообмен с окружающей средой. Первоначально кастрюля и вода не находятся в тепловом равновесии: кастрюля имеет более высокую температуру, чем вода. Затем теплопередача восстанавливает тепловое равновесие, когда вода и кастрюля соприкасаются. Поскольку теплопередача между кастрюлей и водой происходит быстро, масса испаряемой воды пренебрежимо мала, а величина тепла, теряемого кастрюлей, равна теплу, приобретаемому водой. Обмен теплом прекращается, как только достигается тепловое равновесие между чашей и водой. Теплообмен можно записать как | Q _{горячий} |= Q _{холодный} .

Решение

Используйте уравнение теплопередачи Q =  mc Δ T  , чтобы выразить потери тепла алюминиевой кастрюлей через массу кастрюли, удельную теплоемкость алюминия, начальную температуру сковороде и конечная температура: Q _{горячая} = m _Al c _Al ( T _f − 150ºC).

Выразите теплоту, полученную водой, через массу воды, удельную теплоемкость воды, начальную температуру воды и конечную температуру: _W ( T _f  — 20,0ºC).

Обратите внимание, что Q _{горячая} <0 и Q _{холодная} >0 и что их сумма должна равняться нулю, поскольку тепло, теряемое горячей кастрюлей, должно быть таким же, как тепло, получаемое холодной водой: 9{\circ}\text{C}\end{array}\\[/latex]

Обсуждение

Это типичная задача калориметрии : два тела с разной температурой контактируют друг с другом и обмениваются нагревать до достижения общей температуры. Почему конечная температура намного ближе к 20,0ºC, чем к 150ºC? Причина в том, что вода имеет большую удельную теплоемкость, чем большинство обычных веществ, и, таким образом, претерпевает небольшое изменение температуры при заданной теплопередаче. Большому водоему, такому как озеро, требуется большое количество тепла, чтобы заметно повысить его температуру. Это объясняет, почему температура озера остается относительно постоянной в течение дня даже при больших изменениях температуры воздуха. Однако температура воды меняется в течение более длительного времени (например, с лета на зиму).

Самостоятельный эксперимент: изменение температуры земли и воды

Что нагревается быстрее, земля или вода?

Для изучения различий в теплоемкости:

• Поместите равные массы сухого песка (или почвы) и воды одинаковой температуры в два небольших сосуда. (Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза выше, чем у воды, поэтому вы можете получить примерно равные массы, используя на 50% больше воды по объему.)
• Нагревайте оба (используя духовку или греющую лампу) в течение одинакового времени.
• Запишите конечную температуру двух масс.
• Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая их в течение более длительного периода времени.
• Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые 5 минут в течение примерно 30 минут.

Какой образец остывает быстрее? Эта деятельность воспроизводит явления, ответственные за наземные и морские бризы.

Проверьте правильность понимания

Если для повышения температуры блока с 25°C до 30°C необходимо 25 кДж, то какое количество теплоты необходимо для нагрева блока с 45°C до 50°C?

Решение

Теплопередача зависит только от разницы температур. Так как разность температур одинакова в обоих случаях, то и во втором случае необходимы одни и те же 25 кДж.

Резюме раздела

• Перенос тепла Q  , приводящий к изменению Δ T  температуры тела массой м  составляет , где с  – удельная теплоемкость материала. Это соотношение также можно рассматривать как определение удельной теплоемкости.

Концептуальные вопросы

1. Какие три фактора влияют на теплопередачу, необходимую для изменения температуры объекта?
2. Повышение температуры тормозов в автомобиле на Δ T  при остановке автомобиля со скорости v . Насколько больше было бы Δ T , если бы скорость автомобиля изначально была вдвое больше? Вы можете предположить, что автомобиль останавливается достаточно быстро, чтобы тепло от тормозов не отводилось.

Задачи и упражнения

1. В жаркий день температура в бассейне объемом 80 000 литров повышается на 1,50ºC. Какова чистая теплопередача при этом нагреве? Игнорируйте любые осложнения, такие как потеря воды в результате испарения.
2. Показать, что 1 кал/г · ºC = 1 ккал/кг · ºC.
3. Чтобы стерилизовать стеклянную детскую бутылочку весом 50,0 г, мы должны поднять ее температуру с 22,0ºC до 95,0ºC. Какая теплопередача требуется?
4. Одинаковая передача тепла одинаковым массам различных веществ вызывает различные изменения температуры. Рассчитайте конечную температуру, когда 1,00 ккал теплоты переходит в 1,00 кг следующих веществ при исходной температуре 20,0ºC: (a) вода; (б) бетон; (в) сталь; и d) ртуть.
5. Потирание рук согревает их, превращая работу в тепловую энергию. Если женщина потирает руки взад-вперед, совершая в общей сложности 20 движений, на расстоянии 7,50 см за одно движение и со средней силой трения 40,0 Н, на сколько повысится температура? Масса согреваемых тканей составляет всего 0,100 кг, преимущественно в ладонях и пальцах.
6. Блок чистого материала массой 0,250 кг нагревается с 20,0°С до 65,0°С за счет добавления 4,35 кДж энергии. Рассчитайте его удельную теплоемкость и определите вещество, из которого он, скорее всего, состоит.
7. Предположим, что одинаковые количества тепла передаются разным массам меди и воды, вызывая одинаковые изменения температуры. Каково отношение массы меди к воде?
8. (a) Количество килокалорий в пище определяется методами калориметрии, при которых пища сжигается и измеряется количество теплопередачи. Сколько килокалорий на грамм содержится в 5,00 г арахиса, если энергия его сжигания передается 0,500 кг воды, находящейся в алюминиевом стакане весом 0,100 кг, вызывая 54,9ºC повышение температуры? (б) Сравните свой ответ с информацией на этикетке на упаковке арахиса и прокомментируйте, совпадают ли значения.
9. После интенсивной физической нагрузки температура тела человека массой 80,0 кг составляет 40,0ºC. С какой скоростью в ваттах человек должен передать тепловую энергию, чтобы снизить температуру тела до 37,0ºC за 30,0 мин, если предположить, что тело продолжает производить энергию мощностью 150 Вт? 1 Вт = 1 Дж/сек или 1 Вт = 1 Дж/сек.
10. Даже при остановке после периода нормальной эксплуатации большой коммерческий ядерный реактор передает тепловую энергию со скоростью 150 МВт за счет радиоактивного распада продуктов деления. Этот теплообмен вызывает быстрое повышение температуры в случае отказа системы охлаждения (1 Вт = 1 Дж/сек или 1 Вт = 1 Дж/сек и 1 МВт = 1 мегаватт). (a) Рассчитайте скорость повышения температуры в градусах Цельсия в секунду (ºC/с), если масса активной зоны реактора составляет 1,60 × 10 ⁵ кг и имеет среднюю удельную теплоемкость 0,3349 кДж/кг ⋅ ºC. (б) Сколько времени потребуется, чтобы получить повышение температуры на 2000ºC, что может привести к плавлению некоторых металлов, содержащих радиоактивные материалы? (Начальная скорость повышения температуры будет больше рассчитанной здесь, потому что теплопередача сосредоточена в меньшей массе.