Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение понятию системы.

2. Какие виды термодинамических систем Вы знаете?

3. Сформулируйте первое начало термодинамики.

4. Каково его применение для газовых законов?

5. Дайте определение коэффициента Пуассона.

6. Каково применение первого начала термодинамики к открытым системам?

7. Сформулируйте закон Гесса.

8. Каков тепловой баланс организмов животных и человека?

9. Сформулируйте второе начало термодинамики.

10. Дайте определение свободной и связанной энергии. Что такое обратимые и необратимые процессы?

11. Что такое энтропия? Каков ее физический смысл?

12. Что такое термодинамические потенциалы?

13. Сформулируйте теорему Пригожина.

14. Дайте определение понятию стационарного состояния открытой системы.

15. Что такое аутостабилизирующие системы? Какова их роль в жизнедеятельности организма?

Задачи для закрепления изучаемого материала

1. Пары ртути массой 200 г нагреваются при постоянном давлении. При этом температура возросла на 100 К. Определить увеличение внутренней энергии паров и работу расширения. Молекулы паров ртути одноатомные.

2. Через сухожилие площадью 3 см² за 2 часа проходит 12,6 Дж теплоты. Толщина сухожилия 5 мм. Определить разность температур между внутренней и внешней частями сухожилия. Коэффициент теплопроводности сухожилия 4,60·10^-2 Вт/(м·К)

3. Какое количество теплоты затрачивает человек на парообразование, если за сутки он выделяет 0,5 кг пота? Каково полное количество теплоты, выделяемое человеком за суки, если его масса 70 кг и теплопродукция взрослого человека 1,6 Дж/(кг·с)? Удельная теплота парообразования пота 2,45 МДж/кг.

4. При непрямой калометрии энергетический расход человека за 10 мин составил 84 кДж. Какой объем кислорода он выдохнул, если известно, что в выдыхаемом воздухе содержалось 13 % кислорода и 7 % углекислого газа?

5. Вычислите изменение энтропии, создаваемое в сутки взрослым человеком и грудным ребенком. Сравните эти величины. Какая из них больше? Во сколько раз? Вычислите изменение энтропии в сутки, приходящееся на 1 кг тела человека. Какая из этих величин окажется больше? Массы ребенка и взрослого человека соответственно 7 и 70 кг.

6. Определить расход энергии человека в состоянии мышечного покоя, если за 10 мин он выдыхает 60 л воздуха, в котором содержится 15 % кислорода и 5 % углекислого газа.

7. Во сколько раз изменится теплоотдача с поверхности тела человека при понижении температуры воздуха в комнате от 26 °С до 16 °С? Среднюю температуру кожи человека принять равной 36,6 °С. На какую длину волны приходится максимум излучения тела человека?

8. Телом массой 60 кг в течение 6 часов была поглощена энергия 1 Дж. Найдите поглощенную дозу и мощность поглощенной дозы в единицах СИ.

9. Для лечения мастита на грудь накладывают парафиновую аппликацию при температуре 60 °С. Удельная теплоемкость парафина 3,23 кДж/(кг·К). Вычислить необходимую массу парафина, если для проведения процедуры необходимо передать груди 185 кДж теплоты. Температура груди 37 °С.

10. Спортсмен, пробегая дистанцию, выделяет за 1 мин 90 л воздуха, в котором содержится 12 % кислорода и 8 % углекислого газа. Каков расход энергии спортсмена за 5 мин дистанции?

11. За какое время через мышцу площадью 1 дм² и толщиной 10 мм пройдет 2 кДж теплоты, если температура мышцы 38 °С, а температура окружающего воздуха 15 °С? Коэффициент теплопроводности мышцы 5,7-10^-2 Вт/(м·К).

12. Лечение простудного заболевания у одного пациента проводили путем наложения озокеритовой аппликации массой 1 кг, а у другого - аппликации из горячей глины массой 1,5 кг. Температура озокерита и глины соответствено 68 и 60 ºС. Удельные теплоемкости озокерита и глины соответственно 3,35 и 2,09 кДж/(кг·К). Температура тела человека 37 °С. Во сколько раз теплота, переданная телу человека озокеритом, больше переданной глиной?

13. Во сколько раз теплоотдача (то есть количество теплоты, излучаемой с 1 м² поверхности тела в секунду) тела человека отлична от теплоотдачи тела птицы при температуре окружающего воздуха 20 °С? Средние температуры кожи человека и птицы соответственно принять равными 36,6 °С и 25 °С. На какие длины волн приходятся максимумы излучения тел лошади и человека? Приведенный коэффициент излучения кожи равен 4,9-10^-8 Вт/(м² ·К⁴).

14. Тяжелоатлет поднимает штангу массой 150 кг с пола к груди (h = 65 см) в течение 1,5 с. Какая средняя мощнсть при этом развивается?

15. Какую среднюю мощность развивает человек при ходьбе, если продолжительность шага равна 0,5 с? Считать, что работа затрачивается на ускорение и замедление нижних конечностей. Угловое перемещение ног около 30°. Момент инерции нижней конечности 1,7 кг·м². Движение ног рассматривать как равнопеременное вращательное.

16. В медицине для диагностики ряда заболеваний получил распространение метод, называемый термографией. Он основан на регистрации различия теплового излучения здоровых и больных органов, обусловленного небольшим отличием их температур. Вычислите, во сколько раз отличаются термодинамические температуры и энергетические светимости участков поверхности тела человека, имеющих температуры 36,6 °С и 37,2 °С соответственно.

17. При адиабатическом расширении углекислого газа, с количеством вещества 2 моля, его температура понизилась на 20 °С. Какую работу совершил газ?

18. Тепловая энергия из внутренних органов человека проходит сначала через мышечную ткань толщиной 4,5 см, а затем через жировую ткань толщиной 1,2 см. температура на внешней поверхности жировой ткани 37 °С. Какова температура на внутренней поверхности мышцы? Вычисление провести, не учитывая теплоты, выделяющейся в самой мышце. Коэффициенты теплопроводности мышщ и жировой ткани соответственно равны 5,70·10^-2 и 2,78·10^-2 Bт/м·к.

19. В хирургии для местного обезболивания небольших участков тела применяют этиловый эфир. Какое количество теплоты расходует тело на испарение эфира, если на него налито 20 г эфира при температуре 20 °С? Удельная теплоемкость эфира 2,34 кДж/кг·К. Удельная теплота парообразования 355 кдж/кг. Температура кипения эфира 34,8 °С. Температура тела 36,6 °С.

20. Кролик массой 1,5 кг поглотил за час 1,5 л кислорода. Определите, сколько энергии расходует кролик за сутки, если средний колорический эквивалент кислорода 20,52 кДж.