Come ti tengono al caldo le coperte?

Può valere la pena sottolineare che anche le coperte (sorprendentemente) agiscono come scudi (termici) contro le radiazioni. Questo è il motivo per cui a volte si possono trovare “coperte di emergenza” nei kit di sopravvivenza che sembrano essere nientaltro che sottile plastica lucida. Ma fanno davvero la differenza nella quantità di calore perso da un corpo caldo (37 ° C) in una notte fredda (cielo senza nuvole – ipotizza 0 ° C).

Per un corpo con unarea di 30 cm x 180 cm rivolto verso il cielo, larea è di circa $ 0,5 m ^ 2 $. Assumendo unemissività di 0,3 (semplicemente selezionando un numero), la perdita di calore è data da

$$ E = \ epsilon \ sigma (T_1 ^ 4-T_0 ^ 4) = 53 W / m ^ 2 $ $

O 25 W per lumano che ho appena menzionato. Questa è una quantità di calore non insignificante … soprattutto se si considera che il metabolismo basale (“non fare nulla” che è una buona approssimazione del sonno) è di circa 60 W. E questo non tiene conto del calore che si perde con respirando (riscaldando aria fredda e riempiendola di vapore).

Riscaldando aria fredda (ancora con 0 ° C come valore di riferimento):

250 ml al secondo, capacità termica 1020 J / kg / C, $ \ Delta T = 37 C $, ottieni circa 12 J

Evaporazione dellacqua:

Pressione del vapore saturo dellacqua a 37 ° C circa 47 mm Hg e respirando circa 250 ml al secondo (900 litri allora) con una frazione effettiva di 47/760 per volume dacqua, ci vogliono altri 25 W.

Quindi, sorprendentemente, questi tre meccanismi producono quantità di calore simili perdita di calore e proteggersi dalle perdite di calore radiativo è davvero significativo, per questo motivo una buona coperta (che rifletterà s ome di quel calore a te) è effettivamente “trattenere il calore”.

Quanto sopra sottolinea che la forma più significativa di perdita di calore è levaporazione. Una buona coperta arresta la circolazione e manterrà “umida” laria vicino al corpo. Questo rallenterà il tasso di evaporazione, aiutandoti a stare al caldo. Fermare la circolazione dellaria impedisce anche allaria di portare via “calore”, ma la quantità di calore trasportata dallaria umida è significativamente maggiore della “sola aria”, come dimostra lesempio precedente.

Cè di più da fare questa domanda che incontra locchio casuale …

Commenti

• È interessante includere linclusione della perdita di calore dovuta alla respirazione, ma la convezione è una un grosso problema. Anche senza vento, ‘ avrai una convezione naturale significativa (galleggiante). Con e $ h $ di 5, ‘ perderai $ 185 W / m ^ 2 $.
• @ user3823992 sei completamente daccordo sul fatto che sia importante. Sarei interessato al tuo confronto di h con e senza evaporazione – limpatto del gradiente di umidità. E sdraiarsi presumibilmente influisce sulla convezione termica …
• 250 ml / sec non è tuttavia una velocità di riposo. Il volume minuto a riposo è solitamente stimato tra 6 e 8 litri, con una perdita di circa 9-13 W a causa dellevaporazione (supponendo che laria espirata abbia unumidità del 95%).
• @Precedente hai ragione, il mio numero perché la frequenza respiratoria è un po alta. La stessa scala si applica al fattore di riscaldamento dellaria. Ad alta quota (o quando il tuo metabolismo aumenta perché hai freddo) la velocità salirà di nuovo … Si tratta più di una stima che di valori duri.

Le conducibilità termiche di una gamma di materiali sono fornite qui . Non riesco a trovare cifre per la conducibilità termica di lana o cotone solido (cioè un blocco solido senza vuoti daria) ma le conduttività termiche dei materiali organici sembrano essere intorno a $ 0,25 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {-1} $. Al contrario, la conduttività termica dellaria è $ 0,024 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {- 1} $, quindi data una temperatura corporea e una temperatura esterna costanti si perde dieci volte meno calore quando isolato dallaria rispetto a quando è isolato dalla maggior parte dei materiali solidi.

Il problema è che laria non rimane in uno strato statico che circonda il tuo corpo. Le correnti daria e la convezione termica create dal calore del tuo corpo fanno muovere laria. Questo sostituirà laria calda che hai riscaldato alla tua temperatura corporea con aria fredda e aumenterà il tasso di perdita di calore.

Idealmente quello che vuoi è qualcosa che possa trattenere laria intorno a te in modo laria non può muoversi e portare via il calore. E vuoi che questa roba sia il più isolante possibile.Il miglior materiale di questo tipo che conosco è l aerogel di silice , che è un ottimo isolante che è stato utilizzato sulla navetta spaziale come scudo termico per il rientro. Il vetro è in realtà un isolante piuttosto scarso, ma laerogel contiene solo una piccola percentuale di vetro in volume e laltro 90% del suo volume è aria. Da qui le sue eccellenti proprietà isolanti. Tuttavia laerogel è un solido fragile e una scelta sbagliata per le lenzuola.

Le coperte sono una sorta di compromesso. Contengono una percentuale di aria inferiore in volume rispetto allaerogel, e inoltre intrappolano laria meno ermeticamente ed entrambi i fattori riducono le proprietà isolanti. Tuttavia “sono molto più comodi dellaerogel.

Commenti

• Coperte in aerogel lol ☺
• @Geremia: Ci sono stati tentativi di creare aerogel flessibili. Consulta ad esempio questo articolo . Se utilizzi abbigliamento in aerogel su Google, ci sono molti risultati, ma ‘ non ne sono sicuro .. .
• Questo è il motivo per cui labbigliamento in piuma è caldo. Le piume hanno poca massa, ma intrappolano bene laria.

Normalmente il calore del tuo corpo si dissiperebbe nellaria , quindi quando fa freddo, il tuo corpo esterno si raffredda, perché stai perdendo il tuo calore corporeo nellaria vicino a te. Quindi, quando ti copri con una coperta, impedisci al calore del tuo corpo di fuoriuscire e poiché è intrappolato, e il tuo corpo continua a produrre calore, ti senti sempre più caldo sotto la coperta. Nel complesso, la coperta impedisce la convezione del calore attraverso laria rallentando notevolmente il movimento dellaria. Pertanto, il calore del tuo corpo è intrappolato allinterno della coperta.

Commenti

• La convezione dellaria è un fattore ma, a mio parere, soprattutto sono le proprietà di isolamento termico del materiale. Se ti copri con un isolante termico ma che intrappola ancora completamente laria, ‘ non sarà efficiente nel mantenerti caldo.
• @Mara: Sì, penso che ‘ è quello che fa rgued: arresta la convezione impedendo il movimento dellaria.

Questo è un argomento importante nella nostra casa di il momento perché qui è inverno e non riscaldiamo lintero posto.

Tremando a letto, pensa a come il calore si muove in base a uno dei seguenti elementi:

1) Convezione (movimento daria)

2) Conduzione (tocco)

3) Radiazione

Una super coperta ideale si occuperà di tutti e tre:

1) Interrompere il movimento dellaria. Può farlo racchiudendoti (come un sacchetto di plastica), ma più praticamente, può essere sfocato. La sfocatura rende molte piccole sacche daria difficili da spostare.

2) Ridurre la conduzione: essendo un materiale che non trasferisce bene il calore (ad esempio plastica contro cotone), manterrà il calore vicino al tuo corpo. Ancora meglio, se è sfocato, toccherà meno il tuo corpo. Meno superficie di contatto significa meno conduzione.

3) Riduci la radiazione: se può “far risplendere” il calore su di te, come quelle coperte di emergenza in mylar, allora il calore che “irradia” può essere restituito a te .