Hvordan holder teppene deg varme?

Det kan være verdt å påpeke at tepper også (overraskende) virker som (termiske) strålingsskjold. Dette er grunnen til at «nødtepper» noen ganger kan bli funnet i overlevelsessett som ser ut til å være noe mer enn tynn blank plast. Men de gjør virkelig en forskjell i mengden varme som en varm kropp (37 ° C) taper på en kald natt (skyfri himmel – antar 0 ° C).

For en kropp med et område på 30 cm x 180 cm vendt mot himmelen, er området omtrent $ 0,5 m ^ 2 $. Forutsatt en emissivitet på 0,3 (bare å velge et tall), blir varmetapet gitt av

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

Eller 25 W for det mennesket jeg nettopp nevnte. Det er en ikke ubetydelig mengde varme … spesielt når du tenker på at den grunnleggende metabolske hastigheten («gjør ingenting» som er en god tilnærming til søvn) er rundt 60 W. Og det teller ikke varmen du vil miste med puste (varme kald luft og fylle den med damp).

Oppvarming av kald luft (fortsetter med 0 ° C som grunnlinje):

250 ml per sekund, varmekapasitet 1020 J / kg / C, $ \ Delta T = 37 C $, du får ca 12 J

Fordampende vann:

Mettet damptrykk av vann ved 37 ° C rundt 47 mm Hg, og puster ca 250 ml per sekund (900 liter per time) med en effektiv brøkdel på 47/760 per volum vann, dette tar ytterligere 25 W.

Så overraskende resulterer disse tre mekanismene i lignende mengder varme tap – og å beskytte deg mot strålevarmetap er virkelig viktig. På grunn av dette er et godt teppe (som vil gjenspeile ome av den varmen tilbake til deg) er faktisk «å holde varmen inne».

Ovennevnte understreker at den viktigste formen for varmetap er fordampning. Et godt teppe stopper sirkulasjonen, og vil holde luften nær kroppen din «fuktig». Dette vil redusere fordampningshastigheten, og hjelpe deg å holde deg varm. Å stoppe luften fra å sirkulere hindrer også at den bærer bort «varme» – men mengden varme som bæres av fuktig luft er betydelig større enn «bare luft», som eksemplet ovenfor viser.

Det er mer å dette spørsmålet enn det tilfeldige øyet …

Kommentarer

• Inkluderingen av varmetap på grunn av pust er interessant å inkludere, men konveksjon er en ganske stor avtale. Selv uten vind har du ‘ betydelig naturlig (flytende) konveksjon. Med og $ h $ på 5, mister du ‘ $ 185 W / m ^ 2 $.
• @ user3823992 er helt enig i at det betyr noe. Jeg vil være interessert i din sammenligning av h med og uten fordampning – virkningen av fuktighetsgradient. Og å ligge på påvirker antagelig termisk konveksjon …
• 250 ml / sek er imidlertid ikke en hvilehastighet. Minuttvolum i hvile estimeres vanligvis til 6 til 8 liter, noe som gir et tap på ca. 9 til 13 W på grunn av fordampning (forutsatt at utåndet luft har 95% fuktighet).
• @ Tidligere har du rett, nummeret mitt for luftveiene er litt høy. Den samme skaleringen gjelder oppvarmingsfaktoren. I høy høyde (eller når stoffskiftet øker fordi du er kald) vil frekvensen øke igjen … Dette handler mer om å estimere enn om harde verdier.

Varmeledningsevnene til en rekke materialer er gitt her . Jeg kan ikke finne figurer for varmeledningsevnen til massiv ull eller bomull (dvs. en solid blokk uten lufthull i), men de termiske ledningsevnene til organiske materialer ser ut til å være rundt $ 0,25 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {-1} $. Derimot er luftens varmeledningsevne $ 0,024 $ Wm $ ^ {- 1} $ K $ ^ {- 1} $, så med en konstant kroppstemperatur og utetemperatur vil du miste ti ganger mindre varme når isolert med luft enn når det er isolert av de fleste faste materialer.

Problemet er at luft ikke blir i et statisk lag som omgir kroppen din. Luftstrømmer og termisk konveksjon skapt av varmen i kroppen din får luften til å bevege seg. Dette vil erstatte den varme luften du har oppvarmet til kroppstemperaturen din med kald luft, og øke hastigheten på varmetap.

Ideelt sett er det du vil ha ting som kan holde luften på plass rundt deg så luften kan ikke bevege seg og føre varmen bort. Og du vil at disse tingene skal være så isolerende som mulig.Det beste slikt materialet jeg vet om er silika airgel , som er en så god isolator at den ble brukt på romfergen som varmeskjold for gjeninnføring. Glass er faktisk en ganske dårlig isolator, men airgel inneholder bare noen få volumprosent glass og de andre 90 merkelige prosentene av volumet er luft. Derfor er det gode isoleringsegenskaper. Imidlertid er airgel et sprøtt fast stoff og et dårlig valg for sengetøy.

Tepper er noe av et kompromiss. De inneholder en lavere volumprosent enn airgel, og de inneholder også fanger luften mindre tett, og begge faktorene reduserer de isolerende egenskapene. Men de er «mye mer komfortable enn airgel ville være.

Kommentarer

• Airgel-tepper lol ☺
• @Geremia: Det har vært forsøk på å lage fleksible aerogeler. Se for eksempel denne artikkelen . Hvis du googler airgel klær er det mange treff, men hvor vellykket det er er jeg ‘ ikke sikker .. .
• Dette er grunnen til at dunklær er varme. Fjær har liten masse, men fanger luften godt.

Normalt vil kroppsvarmen din forsvinne i luften , så når det er kaldt, kjøler den ytre kroppen ned, fordi du mister kroppsvarmen til luften nær deg. Så når du dekker deg til et teppe, stopper du kroppsvarmen fra å rømme, og når den er fanget, og kroppen din fortsetter å produsere varme, du føler deg varmere og varmere under teppet. Totalt sett forhindrer teppet konveksjon av varme gjennom luften ved å redusere bevegelsen av luft sterkt. Dermed blir kroppsvarmen fanget inne i teppet.

Kommentarer

• Luftkonveksjon er en faktor, men, enda viktigere, etter min mening er materialets varmeisolasjonsegenskaper. Hvis du dekker deg med en dårlig varmeisolator, men som likevel fanger luft helt, vil den ikke ‘ ikke være effektiv til å holde deg varm.
• @Mara: Ja, jeg tror at ‘ s hva han a rgued: det stopper konveksjon ved å forhindre luftbevegelse.

Dette er et stort tema i huset vårt kl. øyeblikket fordi det er vinter her, og vi varmer ikke opp hele stedet.

Skjelvende i sengen, tenk på hvordan varmen beveger seg ved å gjøre noe av det følgende:

1) Konveksjon (luftbevegelse)

2) Ledning (berøring)

3) Stråling

Et ideelt superteppe vil adressere alle tre:

1) Stopp luftbevegelsen. Det kan gjøre ved å omslutte deg (som en plastpose), men mer praktisk kan det være uklar. Uklarhet gjør mye lite vanskelig å flytte luftlommer på.

2) Reduser ledning – ved å være et materiale som ikke overfører varme godt (f.eks. Plast vs. bomull), vil det holde varmen ved siden av kroppen din. Enda bedre, hvis det er uklart, vil det berøre kroppen din mindre. Mindre kontakt med overflateareal betyr mindre ledning.

3) Reduser stråling – hvis det kan «skinne» varmen tilbake mot deg, som mylar-nødtepper, kan varmen du utstråler returneres til deg .