Fysik

Effekt

07. juni 2015 af JohanneK1 (Slettet) - Niveau: A-niveau

Når vi arbejder, udnyttes ca. 20% af energien til det ydre arbejde. Resten bruges til vedligeholdelse af kropsfunktionerne og bliver til spildvarme, som skal afgives, for at legemstemperaturen kan holdes konstant. Varmeafgivelsen sker på fire måder: ved konduktion (ledning fra hud til faste genstande fx fra numsen til en bænk), ved konvektion (varm hud varmer kold luft op, som stiger til vejrs og erstattes af ny kold luft), ved stråling (strålevarme fra kroppens overflade til kolde omgivelser fx væggene i et koldt rum) og ved fordampning af vand fra overfladen (vi sveder, vandet fordamper – det kræver energi, som går fra kroppen, som dermed afkøles).

Ovenstående hørte ikke med til eksamensopgaven i juni 2009, men er et resume af den nødvendige viden, som bliver givet i løbet af undervisningen. Med denne viden samt simple regnefærdigheder bør følgende kunne udregnes:

En person er i termisk steady state under udførelsen af et ydre arbejde. Personens gennemsnitlige overfladetemperatur er 32,5^oC. Varmetabet ved konduktion, konvektion og stråling (KKS) kan udtrykkes ved ligningen:

KKS = k·(t_overflade - t_omgivelser)⋅A

hvor A, den eksponerede overflade, er 1,8 m². k er en konstant, der kan sættes til 12,6 W ^oC^-1 m^-2. Omgivelsernes temperatur er 20^oC. Varmetabet ved fordampning udgør 30% af det totale varmetab. Arbejdets bruttonyttevirkning er 20%.

1. Beregn personens energiomsætningshastighed (EOH), der måles i W (J/s).

Jeg er nået så langt, at jeg har beregnet varmetabet ved KKS via formlen til at give 283,5 W samt varmetabet ved fordampning (30 % af det totale varmetab) ved at sige (283,5 W/70)·30 = 121,5 W, samt det totale varmetab (de to værdier lagt sammen) til at give 405 W.

Hvad nu?

Svar #1
07. juni 2015 af JohanneK1 (Slettet)

Facit er

N = W_y/(W_y+Q_d) <--> W_y = (N·Q_d)/(1 - N) hvor W_y er arbejdes intensitet

Da personen er i termisk steady state er Q_d = Q_a (hastighed for varmedannelse = hastighed for varmeafgivelse), så værdierne kan indsættes i ovennævnte formel (Q_a blev beregnet til 405 W), og

EOH = W_y + Q_d

Hvis nogen kunne forklare mig dette, ville jeg blive meget taknemmelig (eventuelt med en forklaret gennemregning). Hvorfor er formlen for N som den er? Hvorfor er formlen for EOH som den er?

Brugbart svar (0)

Svar #2
07. juni 2015 af mathon

$KKS=\left ( 12{,}6 \right \; W\cdot C^{\, -1}\cdot m^{-2})\cdot \left (\left ( 32{,}5-20 \right ) \; C \right )\cdot \left ( 1{,}8\; m^2 \right )$

$ef\! fekttab_{samlet}=\frac{KKS}{0{,}70}$

Brugbart svar (0)

Svar #3
07. juni 2015 af peter lind

N er de 20%, som er andelen af effekten som bruges til arbejde.. Andelen er også effekten af det udførte arbejde divideret med den totale effekt som er summen af det udførte arbejde og effekten der bruges til at vedligeholde kropsfunktionerne

Svar #4
07. juni 2015 af JohanneK1 (Slettet)

Jeg har set en anden skrive

Totalt arbejde = Totaltvarmetab + N·Totalt arbejde

Totalt arbede = Totaltvarmetab / (1 - N) = 506,25 W

Dette giver det rigtige facit for EOH, men jeg kan ikke helt overskue det. Er Totalt arbejde = EOH? Jeg troede, at arbejde havde enheden Joule og ikke Watt. Hvorfor kan man skrive dette?

Jeg har fundet et sted, at N = P_y / EOH . Er der en sammenhæng mellem dette og det jeg skrev lige over med totalt arbejde?

Brugbart svar (0)

Svar #5
07. juni 2015 af peter lind

Hvis man vil opgøre det på arbejde bør det være arbejde i 1 sek. Det stememr også overens med hvad du skriver til sidste i #1 Hvad er Py ?

Svar #6
07. juni 2015 af JohanneK1 (Slettet)

Jeg tror, at P_y = W_y . For min skyld behøver vi ikke at opgøre det i arbejde. Jeg kan ikke umiddelbart se, at det stemmer overens med noget, som jeg har skrevet i #1.

Kan du lave udregningerne så simple som muligt (dog stadig korrekte), for jeg synes at det skrevet i #4 er mere overskueligt end det i #1? (eventuelt uden at have det i arbejde hvis dette ikke er nødvendigt?) eller eventuelt sige, hvordan man er kommet frem til det i #4

Brugbart svar (0)

Svar #7
07. juni 2015 af mathon

personens energiomsætningshastighed (EOH)

$EOH=\frac{KKS/0{,}70}{0{,}80}=(KKS)\cdot (0{,}70\cdot 0{,}80)^{-1}$

Svar #8
07. juni 2015 af JohanneK1 (Slettet)

kan du forklare hvorfor du dividerer med 0,80? En udledning til formlen ville være dejlig at se

Brugbart svar (1)

Svar #9
07. juni 2015 af mathon

$\frac{KKS}{0{,}70}$ udgør 80% af totaleffekten

hvorfor

personens energiomsætningshastighed (EOH)

$EOH=\frac{KKS/0{,}70}{\mathbf{\color{Red} 0{,}80}}=(KKS)\cdot (0{,}70\cdot 0{,}80)^{-1}=506{,}25\; W$

Svar #10
07. juni 2015 af JohanneK1 (Slettet)

Hvad betyder det, at arbejdets bruttonyttevirkning er 20%? Hvordan kan du ud fra det se, at KKS/0,70 svarer til 80 % af totaleffekten?

Brugbart svar (1)

Svar #11
07. juni 2015 af peter lind

du har gået opgivet at 20% af totaleffekten går til arbeje. Resten går til at oprette kroppens funktioner altså 80% går til at opretholde kroppens funktioner(1-N med dine betegnelser). Det har du fundet til 406W- Du har altså at 0,80*EOH = 406 W <=> 406W/0,8 = 506,25W

Svar #12
07. juni 2015 af JohanneK1 (Slettet)

Tak lige pludseligt har jeg forstået det. Tak for alle forklaringerne.

Brugbart svar (0)

Svar #13
07. juni 2015 af mathon

0,80*EOH = 405 W <=> (405 W) / 0,8 = 506,25 W

Skriv et svar til: Effekt

Du skal være logget ind, for at skrive et svar til dette spørgsmål. Klik her for at logge ind.
Har du ikke en bruger på Studieportalen.dk? Klik her for at oprette en bruger.