Biofysica Groep 9

• Natuurkunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

Warmteverlies door straling, stroming en zweten

Jesse, Thomas en Nick

Warmteverlies door straling

• Ieder voorwerp dat warmer is dan 0 K zendt infraroodstraling uit.
• In slaaptoestand is je lichaam vergelijkbaar met een kachel van 90 W
  
• Bij intenstief sporten is je lichaam vergelijkbaar met en motor die 1 kW
  aan warmte produceert
  
• Je lichaam kan warmteverlies groter maken door bijv. bloed dicht bij de huid te laten stromen
• Hogere temperatuur -> Hogere infraroodstraling -> Meer energieverlies
  
• Na een intensieve sportsessie kan je snel onderkoeld raken omdat je lichaam nog warm is maar je spieren geen warmte meer produceren.
  
• Aluminium dekens worden gebruikt om sporters te beschermen tegen onderkoeling door de straling terug te kaatsen.

Thomas

Warmteverlies door straling

P = verlies energie per seconde (in W)

σ = constante van Boltzmann

A = stralende oppervlakte (in m²)

              = temperatuur van de huid (in K)

T​huid​​

P=σ⋅A⋅(T​huid​​)​4​​

Jesse

Temperatuur meten op afstand

• Elk voorwerp zendt infrarode straling uit.
  
• Je kan een infraroodcamera gebruiken om de intensiteit van de straling te meten.
  
• De camera geeft dit weer met de kleuren zoals blauw (koud) en rood (warm).

Thomas

Warmteverlies door geleiding en stroming

• Warmtegeleiding is het warmtetransport tussen twee voorwerpen die contact hebben
  
• Warmtestroming is een stof die beweegt en warmte meeneemt

Jesse

Warmteverlies door zweten

• De zichtbaarste manier van afkoeling is zweten
• Water op je blote huid verdampt en onttrekt warmte aan je huid

• Verdampen betekent op moleculaire schaal dat de snelst bewegende watermoleculen in de vloeistof ontsnappen aan de aantrekkende krachten van de watermoleculen aan het oppervlak van de vloeistof.
• De verdampingswarmte van water is heel groot (meer dan 2 kJ/g)
• Effectief, tenzij de lucht al verzadigd is met waterdamp (dan verdampt er niets)

Nick

Zweten is de zichtbaarste manier van afkoeling. Je kunt het koud krijgen als je nog bezweet bent na een fysieke inspanning. Natte kleding kan dan koud aanvoelen. Het water in het natte shirt verdampt, waardoor het afkoelt en het temperatuurverschil met de huid groter wordt. Als je zweet, raak je warmte kwijt. Dit komt doordat water op je blote huid verdampt en daarbij warmte onttrekt aan je huid.

Verdampen betekent op moleculaire schaal dat de snelst bewegende watermoleculen in de vloeistof ontsnappen aan de aantrekkende krachten van de watermoleculen aan het oppervlak van de vloeistof. Als je scheikunde hebt dan weet je dat warmte eigenlijk bewegende moleculen zijn. Omdat er hier moleculen ontsnappen, gaat de gemiddelde snelheid van de achterblijvende watermoleculen omlaag en wordt de temperatuur van het water dus ook iets lager. De verdampingswarmte van water is heel groot (meer dan 2 kJ/g), waardoor zweten een goede manier is om warmte kwijt te raken. Dit werkt alleen niet als de lucht al verzadigd is met waterdamp, dan verdampt er namelijk niets.

Warmteverlies door zweten

De hoeveelheid warmte die je afstaat door zweten hangt af van vier factoren:

1. de oppervlakte van je huid die met zweet is bedekt
2. de temperatuur van het water op je huid
3. de luchtstroming langs het water op je huid
4. de relatieve vochtigheid van de lucht

de verhouding van de hoeveelheid waterdamp in de langsstromende lucht en de hoeveelheid waterdamp bij verzadiging van die lucht

Warmteverlies in rust: ~ 10 W/m²

Warmteverlies bij en na intensieve inspanning: maximaal 400 W/m²

Nick

Quiz

Vanaf welke temperatuur zendt een voorwerp infraroodstraling uit?

1. 0 °F
2. 0 K
3. 0 °C
4. 0 cm

Wat kan er na een intensieve sportsessie gebeuren als je lichaam nog warm is maar je spieren geen warmte meer produceren?

1. Kramp
2. Hypothermie
3. Oververhitting
4. Onderkoeling

Wat is warmtestroming?

een stof die beweegt en warmte meeneemt

Wat gebeurt er als water probeert te verdampen in lucht verzadigd met waterdamp?

1. Dan vlieg je in de fik
2. Dan verdampt het
3. Niets
4. De luchtdruk wordt hoger

Hoeveel warmte verlies je maximaal bij en na intensieve inspanning

1. 40 W/m³
2. 10 W/m²
3. 400 W/m²
4. 1 kW/m²