Принцип работы кататермометра кратко
Обновлено: 01.07.2024
Данный прибор представляет собой особый спиртовый термометр со шкалой или 33-40°С. Поначалу кататермометр был сконструирован для измерения охлаждающего влияния температуры воздуха на тело человека. В дальнейшем было показано, что кататермометр не воспроизводит потери тепла с поверхности кожи человека, не учитывает влияния теплового излучения, которое оказывает значительное действие на тепловой обмен организма. В настоящее время применяется практически исключительно для измерения малых скоростей движения воздуха, хотя, пользуясь кататермометром, можно ориентировочно определить, с какими его показаниями при различных условиях производственной деятельности совпадает оптимальное самочувствие людей, и оценить охлаждающую способность метеорологических факторов (температуры и скорости движения воздуха).
В процессе охлаждения с 1 см 2 поверхности резервуара кататермометров теряется постоянное количество тепла. Эта величина (катафактор) является константой (постоянной величиной) прибора и обозначается на каждом кататермометре в виде его постоянного фактора, выраженного в мкал/см 2 .
В нижней части прибора расположен резервуар со спиртом.
Порядок работы
Перед измерением кататермометр опускают в воду при температуре 65–80°С и держат, пока спирт заполнит не менее половины расширения капилляра. После этого кататермометр тщательно вытирают (очень важно, так как испарение влаги приведет к дополнительному увеличению скорости дальнейшего снижения температуры, а значит к искажению результатов), вешают на штатив в точке измерения и по секундомеру устанавливают время охлаждения в указанных выше интервалах температур. Очень важно, чтобы кататермометр в период наблюдения находился в неподвижном состоянии, в противном случае будет имитироваться дополнительное движение воздуха. Измерения в одной точке повторяют несколько раз, отбрасывают первый результат, а из последующих выводят среднее значение величины охлаждения (Н). Вычисление величины охлаждения по кататермометру производит по формуле:
Н – искомая величина охлаждения, мкал;
– константа, мкал/см 2 ´град.);
Т1 – Т2 – интервалы температур в °С (40-33 или 39-34);
а – число секунд, в течение которых столбик спирта опустился в соответствующих температурных интервалах;
По величине охлаждения (Н) и значению температуры воздуха в период исследования скорость движения воздуха вычисляют по формулам:
для скорости движения воздуха 1 м/с ( > 0,6)
В приведенных формулах приняты следующие условные обозначения:
V – искомая скорость движения воздуха, м/с;
Н – величина охлаждения сухого кататермометра, мкал;
Q – разность между средней температурой тела (36,5°С) и температурой окружающего воздуха, °С;
0,20 и 0,40; 0,13 и 0,47 – эмпирические коэффициенты.
Далее, находим величину охлаждения Н, подставляя в формулу соответствующие значения:
Если нагреть кататермометр до температуры выше температуры окружающего воздуха, то при охлаждении он потеряет, главным образом, под влиянием наружной температуры и движения воздуха, некоторое количество тепла. Вследствие постоянства теплоемкости спирта и стекла, из которых сделан прибор, он теряет при охлаждении с 38 о до 35 о строго определенное количество тепла, которое устанавливается лабораторным путем отдельно для каждого кататермометра. Эта потеря тепла с 1 см 2 поверхности резервуара катагермометра выражается в милликалориях и обозначается на каждом кататермометре в виде его постоянного фактора - F.
ПОРЯДОК РАБОТЫ С КАТАТЕРМОМЕТРОМ
А. Прибор нагревают в горячей воде (65-70°) до тех пор, пока спирт не заполнит половины верхнего резервуара; вынув из воды, кататермометр вытирают насухо и помещают на штативе в исследуемое место, защищая при этом от действия лучистой энергии; фиксируют время опускания спирта с 38 о до 35 о . Производят расчет по следующей формуле:
Н - величина охлаждения прибора, характеризующая охлаждающую способность воздуха при данных условиях мкал/см 2 /с;
F - фактор прибора;
а - количество секунд, в течение которых спирт опустился с 38 о до 35 о .
Б. В том случае, когда наблюдения ведут с помощью шарового кататермометра при снижении температуры от 40 о до 33 о или от 39 о до 34 о , то применяется формула:
Т1 - высшая температура;
Т2 - низшая температура
Если наблюдение за длительностью охлаждения производилось в пределах от 38 о до 35 о , то Н вычисляется по формуле для кататермометра Хилла.
В. Определение скорости движения слабых потоков воздуха производится по эмпирическим формулам:
V - скорость движения воздуха в м/с;
Н - величина охлаждения кататермометра;
Q - разность между средней температурой тела 36,5° и температурой воздуха в комнате в момент исследования;
0,20 и 0,40, а также 0,13 и 0,47 - коэффициенты.
Однако производить все вычисления по данным формулам нет необходимости.
Нужно предварительно определить, чему равно выражение , а затем по
таблицам 6 и 7 найти соответствующую этой величине скорость движения воздуха в обследуемом помещении.
Таблица 6. СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХА МЕНЬШЕ 1 м/с С УЧЕТОМ ПОПРАВОК НА ТЕМПЕРАТУРУ
| Температура воздуха в градусах | ||||||||
| 10,0 | 12,5 | 15,0 | 17,5 | 20,0 | 22,5 | 25,0 | 26,0 | |
| 0,27 | - | - | - | - | 0,041 | 0,047 | 0,051 | 0,059 |
| 0,28 | - | - | - | 0,049 | 0,051 | 0,061 | 0,070 | 0,070 |
| 0,29 | 0,041 | 0,050 | 0,051 | 0,060 | 0,067 | 0,076 | 0,085 | 0,089 |
| 0,30 | 0,051 | 0,060 | 0,065 | 0,073 | 0,082 | 0,091 | 0,101 | 0,104 |
| 0,31 | 0,061 | 0,070 | 0,079 | 0,088 | 0,098 | 0,107 | 0,116 | 0,119 |
| 0,32 | 0,076 | 0,085 | 0,094 | 0,104 | 0,113 | 0,124 | 0,136 | 0,140 |
| 0,33 | 0,091 | 0,101 | 0,110 | 0,119 | 0,128 | 0,140 | 0,153 | 0,159 |
| 0,34 | 0,107 | 0,115 | 0,129 | 0,139 | 0,148 | 0,160 | 0,174 | 0,179 |
| 0,35 | 0,127 | 0,136 | 0,145 | 0,154 | 0,167 | 0,180 | 0,196 | 0,203 |
| 0,36 | 0,142 | 0,151 | 0,165 | 0,179 | 0,192 | 0,206 | 0,220 | 0,225 |
| 0,37 | 0,163 | 0,172 | 0,185 | 0,198 | 0.212 | 0,22.6 | 0,240 | 0,245 1 |
| 0,38 | 0,183 | 0,197 | 0,210 | 0,222 | 0,239 | 0,249 | 0,266 | 0,273 |
| 0,39 | 0,208 | 0,222 | 0,232 | 0,244 | 0,257 | 0,274 | 0,293 | 0,300 |
| 0,40 | 0,229 | 0,242 | 0,256 | 0,269 | 0,287 | 0,305 | 0,323 | 0,330 |
| 0,41 | 0,254 | 0,267 | 0,282 | 0,299 | 0,314 | 0,330 | 0,349 | 0,364 |
| 0,42 | 0,280 | 0,293 | 0,311 | 0,325 | 0,343 | 0,361 | 0,379 | 0,386 |
| 0,43 | 0,310 | 0,324 | 0,342 | 0,356 | 0,373 | 0,392 | 0,410 | 0,417 |
| 0,44 | 0,340 | 0,354 | 0,368 | 0,385 | 0,401 | 0,417 | 0,445 | 0,449 |
| 0,45 | 0,366 | 0,351 | 0,398 | 0,412 | 0,429 | 0 449 | 0,471 | 0,478 |
| 0,46 | 0,396 | 0,415 | 0,429 | 0,446 | 0,465 | 0,483 | 0,501 | 0,508 |
| 0.47 | 0,427 | 0,445 | 0,464 | 0,482 | 0,500 | 0,518 | 0,537 | 0,544 |
| 0,468 | 0,481 | 0,499 | 0,513 | 0,531 | 0,551 | 0,572 | 0,579 | |
| 0,49 | 0,503 | 0,516 | 0,535 | 0,566 | 0,571 | 0,590 | 0,608 | 0,615 |
| 0,50 | 0 539 | 0,557 | 0,571 | 0,589 | 0,604 | 0,622 | 0,651 | 0,651 |
| 0,51 | 0,574 | 0,593 | 0,607 | 0,628 | 0,648 | 0,666 | 0,684 | 0,691 |
| 0,52 | 0,615 | 0,633 | 0,644 | 0,665 | 0,683 | 0,701 | 0,720 | 0,727 |
| 0,53 | 0,656 | 0,674 | 0,688 | 0,705 | 0,724 | 0,742 | 0,760 | 0,768 |
| 0,54 | 0,696 | 0,715 | 0,729 | 0,746 | 0.764 | 0,783 | 0,801 | 0,808 |
| 0,55 | 0,737 | 0,755 | 0,770 | 0,790 | 0,807 | 0,807 | 0,844 | 0,851 |
| 0,56 | 0,788 | 0,801 | 0,815 | 0,833 | 0,851 | 0,867 | 0,884 | 0,894 |
| 0,57 | 0,834 | 0,852 | 0,867 | 0,882 | 0,898 | 0,915 | 0,933 | 0,940 |
| 0,58 | 0,879 | 0,898 | 0,912 | 0,929 | 0,911 | 0,959 | 0,972 | 0,977 |
| 0,59 | 0,930 | 0,943 | 0,957 | 0,971 | 0,985 | 1,001 | 1,018 | 1,023 |
| 0,60 | 0,981 | 0,994 | 1,008 | 1,022 | 1,033 | 1,014 | 1,056 | 1,060 |
ТАБЛИЦА 7. ГОТОВЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ К ФОРМУЛЕ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХА БОЛЕЕ 1 м/с
| Скорость м/с | Скорость м/с | Скорость м/с | |||
| 0,60 | 1,00 | 0,83 | 2,22 | 1,15 | 4,71 |
| 0,61 | 1,04 | 0,84 | 2,28 | 1,18 | 4,99 |
| 0,62 | 1,09 | 0,85 | 2,34 | 1,20 | 5,30 |
| 0,63 | 1,13 | 0,86 | 2,41 | 1,23 | 5,48 |
| 0,64 | 1,18 | 0,87 | 2,48 | 1,25 | 5,69 |
| 0,65 | 1,22 | 0,88 | 2,54 | 1,28 | 5,95 |
| 0,66 | 1,27 | 0,89 | 2,61 | 1,30 | 6,24 |
| 0,67 | 1,32- | 0,90 | 2,68 | 1,35 | 6,73 |
| 0,68 | 1,37 | 0,91 | 2,75 | 1,40 | 7,30 |
| 0,69 | 1,42 | 0,92 | 2,82 | 1,45 | 7,88 |
| 0,70 | 1,47 | 0,93 | 2,90 | 1,50 | 8,49 |
| 0,71 | 1,72 | 0,94 | 2,97 | 1,55 | 9,13 |
| 0,72 | 1,58 | 0,95 | 3,04 | 1,60 | 9,78 |
| 0,73 | 1,63 | 0,96 | 3,12 | 1,65 | 10,05 |
| 0,74 | 1,68 | 0,97 | 3,19 | 1,70 | 11,2 |
| 0,75 | 1,74 | .0,98 | 3,26 | 1,75 | 11,8 |
| 0,76 | 1,80 | 0,99 | 3,35 | 1,80 | 12,6 |
| 0,77 | 1,85 | 1,00 | 3,43 | 1,85 | 13,4 |
| 0,78 | 1,91 | 1,03 | 3,66 | 1,90 | 14,2 |
| 0,79 | 1,97 | 1,05 | 3,84 | 1,95 | 15,0 |
| 0,80 | 2,03 | 1,08 | 4,08 | 2,00 | 15,8 |
| 0,81 | 2,09 | 1,10 | 4,26 | ||
| 0,82 | 2,16 | 1.13 | 4,32 |
Пример: допустим, что величина охлаждения кататермометра Н равна 7,4 милликалории в секунду. Температура 20 0 .
По таблице 6 находим, что величине 0,45 соответствует при 20° скорость движения воздуха 0,429 м/с.
7. Влияние климата на здоровье, формирование течение заболеваний и их профилактика.
8. Основные принципы закаливания организма, способы и методы закаливания
организма.
9. Основные принципы закаливания организма, способы и методы закаливания организма.
10. Методы изучения комплексного влияния метеофакторов на организм, их
отличительные особенности, преимущества и недостатки.
II. Сущность метода определения охлаждающей способности воздуха; используе
мые для этого приборы, их устройство и правила работы.
12.Учение об эффективных температурах. Зона, линия комфорта.
13.Сущность метода определения результирующих температур. Устройство и
правила работы с шаровым термометром.
ТРЕБОВАНИЯ К ИСХОДНОМУ УРОВНЮ ЗНАНИЙ
Для полного усвоения темы студенту необходимо повторить из:
- медицинской и биологической физики – электрические, магнитные явления в организме, методические подходы в изучении;
- биологической химии – источники загрязнения и примеси антропогенного происхождения воздуха;
- физиологии человека – физиологические сдвиги в организме при действии факторов внешней среды в различных условиях физической нагрузки. Обмен веществ и энергии в организме. Процессы теплообмена организма с внешней средой, адаптация человека к условиям внешней среды.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ИЗ СМЕЖНЫХ ДИСЦИПЛИН
1. Роль климатических и погодных факторов в формировании теплового состояния организма.
2. Суть электрических и магнитных явлений в организме. Методы исследования.
3. Методы исследования физиологических функций и работоспособности организма.
4. Физиологические сдвиги в организме при действии факторов внешней среды, в различных условиях физической нагрузки.
5. Адаптация человека к условиям внешней среды.
Теоретические положения 1-10 контрольных вопросов проработать по учебни-
ку Г.И. Румянцева с соавторами и В.А. Покровского, лекциям кафедры и рекомен-
дуемой дополнительной литературе; 11-13 вопросы освещены ниже в текстовой
части к данному занятию.
Тепловое равновесие в организме человека, как и всех животных, возможно только при условии, если приход тепла равен расходу; в противном случае наблю-дается или перегревание или переохлаждение тела. В зависимости от характера питания, выполняемой работы, одежды, возраста, состояния здоровья и физиче-ских факторов окружающей среды (температуры, влажности, подвижности воз-духа, лучистой энергии) величины теплопродукции и теплоотдачи изменяются
в широких пределах. Экспериментально установлено, что для поддержания тем-пературы тела на нормальном уровне необходимо, чтобы одетый человек терял при легкой работе 1,2 -1, 4 милликалории тепла в секунду с 1 см 2 поверхности тела; при средней и тяжелой работе теплопотери возрастают в 2-3 и более раз. Непосредственное определение величины теплопотерь организмом крайне сложно, а поэтому пользуются различными косвенными способами их определения. Одним из данных способов является метод кататермометрии, позволяющий определить величину потери тепла физическим телом в зависимости от температуры и скорости движения воздуха. Хотя он и не может воспроизвести условия потери тепла с поверхности тела человека, которые, как известно, зависят не только от охлаждающей способности воздуха, но и от работы терморегуляторных систем организма. С помощью данного метода установлено, что оптимальное тепловое самочувствие у лиц "сидячих" профессий при обычной одежде в помещениях наблюдается при величине охлаждения кататермометра в пределах 5,5-7,0 милликалорий в секунду. При более высоких показаниях кататермометра данные группы людей будут испытывать холод, а при меньших - духоту; при показаниях кататермометра 3,2 милликалории в секунду повышается потоотделение.
УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ С КАТАТЕРМОМЕТРОМ
Кататермометры бывают двух типов: кататермометр Хилла, имеющий ци-линдрический резервуар и шаровой кататермометр. У кататермометра Хилла шкала термометра разделена на градусы от 35 до 38 о , у шарового - от 33 до 40 о С.
ПРИНЦИП РАБОТЫ С КАТАТЕРМОМЕТРОМ
Если нагреть кататермометр до температуры выше температуры окружающего воздуха, то при охлаждении он потеряет, главным образом, под влиянием наруж-ной температуры и движения воздуха, некоторое количество тепла. Вследствие постоянства теплоемкости спирта и стекла, из которых сделан прибор, он теряет при охлаждении с 38 0 до 35 0 строго определенное количество тепла, которое устанавливается лабораторным путем отдельно для каждого кататермометра. Эта потеря тепла с 1 см 2 поверхности резервуара кататермометра выражается в мил-ликалориях и обозначается на каждом кататермометре в виде его постоянного фактора - F.
ПОРЯДОК РАБОТЫ С КАТАТЕРМОМЕТРОМ
А. Прибор нагревают в горячей воде (65-70) до тех пор, пока спирт не заполнит половины верхнего резервуара; вынув из воды, кататермометр вытирают насухо и помещают на штативе в исследуемое место, защищая при этом от действия лучистой энергии; фиксируют время опускания спирта с 38 до 35 . Производят расчет по следующей формуле:
Н - величина охлаждения прибора, характеризующая охлаждающую спо-
собность воздуха при данных условиях мкал/см 2 /сек;
F - фактор прибора;
а - количество секунд, в течение которых спирт опустился с 38 0 до 35 0 . Б. В том случае, когда наблюдения ведут с помощью шарового кататермометра при снижении температуры от 40 0 до 33 0 или от 39 до 34 , то применяется формула:
Ф = _F - константа кататермометра;
Т1 - высшая температура;
Т2 - низшая температура
Если наблюдение за длительностью охлаждения производилось в пределах от 38 0 до 35 0 , то Н вычисляется по формуле для кататермометра Хилла.
В. Определение скорости движения слабых потоков воздуха производится по эмпирическим формулам:
Кататермометр позволяет определить очень слабые токи воздуха в пределах от 0,1 до 1,5 м/с. Прибор представляет собой спиртовой термометр с цилиндрическим или шаровым резервуаром.
Шкала цилиндрического кататермометра градуирована в пределах от 35 до 38 °С, шарового — от 33 до 40 °С.
Кататермометр с цилиндрическим резервуаром
Кататермометр с шаровым резервуаром
Вначале определяют охлаждающую способность воздуха. Для этого спиртовой резервуар помещают в стакан с горячей водой (50 — 60 °С) до наполнения на /г верхнего резервуара кататермометра. Затем прибор вытирают досуха. Секундомером засекают время, в течение которого столбик спирта снизится с 38 до 35 °С. Определение повторяют 2 — 3 раза и находят среднее значение.
При охлаждении резервуара прибор теряет определенное количество тепла. Количество тепла, теряемое с 1 см 3 поверхности резервуара кататермометра за время снижения столбика спирта с 38 до 35 °С, называется фактором прибора (F). Он указывается на капилляре каждого кататермометра.
Охлаждающую способность воздуха при пользовании цилиндрическим кататермометром определяют по формуле:
где: F — фактор прибора; t — время, за которое столбик спирта опустился с 38 до 35 °С, с.
При работе с шаровым кататермометром наблюдения за охлаждением прибора необходимо проводить в пределах тех интервалов температур, сумма которых, разделенная на 2, давала бы частное 36,5 °С.
Например, можно брать следующие интервалы: от 40 до 33 °С, от 39 до 34 °С и от 38 до 35 °С.
В последнем случае для вычисления охлаждающей способности воздуха пользуются формулой для цилиндрического кататермометра.
При использовании интервалов 40 — 33 °С и 39 — 34 °С величину охлаждения определяют по формуле:
где: Ф = F/3 — константа кататермометра, мДж/см 3 с; Т1 — высшая температура, °С; Т2 — низшая температура, °С; t — время падения столбика спирта, с.
Зная величину охлаждения кататермометра и температуру воздуха можно вычислить скорость его движения.
При определении скорости менее 1 м/с пользуются формулой:
Если скорость более 1 м/с, то ее определяют по формуле:
где: V — скорость движения воздуха, м/с; Н — охлаждающая способность воздуха, Дж/с; Q — разность между средней температурой кататермометра 36,5 °С и температурой воздуха в момент исследования, °С. Смотрите также: магнитно-резонансная томография
Скорость движения воздуха в зависимости от поправки на температуру (при скорости меньше 1 м/с)
Читайте также: