14. Lämpöopin sovelluksia Flashcards
Miten lämpövoimalaitos toimii?
Suurin osa maailmalla käytetystä energiasta tuotetaan turbiinien ja generaattorien avulla. Sähkön varastointikapasiteetti on rajallinen, jonka takia sitä tulee tuottaa jatkuvasti.
Lämpövoimalaitoksissa sähköä tuotetaan hyödyntämällä veden sisäenergian muutoksia. Voimalaitoksen höyrykattilassa vesi kuumenee ja höyrystyy polttoaineen palamisessa tai ydinreaktioissa vapautuvalla energialla. Paineistettu vesihöyry ohjataan turbiiniin, jossa osa vesihöyryn energiasta muuntuu turbiinin pyörimisen liike-energiaksi. Turbiiniin ydistetty generaattori tuottaa energiaa sähköverkkoon. Lauhduttimessa vesihöyry tiivistyy takaisin nesteeksi ja palaa takaisin höyrykattilaan aloittamaan kierron alusta.
Millainen on lämpövoimalaitoksen hyötysuhde?
Mitkä tehot liittyvät lämpövoimalaitokseen?
Lämpövoimalaitos on lämpövoimakone, jonka hyötysuhde voidaan laskea turbiinin, lauhdeveden ja vesihöyryn lämpötilojen avulla. Lämpövoimalaitoksen hyötysuhde on sähköntuotannossa enintään noin 45%. Jos voimalaitoksessa tuotetaan sähkön lisäksi myös kaukolämpöä, sen hyötysuhde on yli 90%.
Lämpövoimalaitosten yhteydessä puhutaan kahdesta tehoarvosta: lämpötehosta ja sähkötehosta. Lämpöteho on teho, jolla voimala kuumentaa vettä, ja sähköteho on teho, jolla voimala tuottaa sähköä.
Kerro ihmisen normaalilämmöstä, hypotermiasta ja hypertermiasta.
Ihmisen kehon normaalilämpötila on noin 37 C.
Kylmiin olosuhteisiin joutuminen voi aiheuttaa hypotermian eli alilämpöisyyden. Kehun lämpötilan laskiessa lihaksissa alkaa tahdosta riippumaton supistelu, joka voi moninkertaistaa elimistön lämmöntuotannon muutamassa sekunnissa.
Hyvin kuumissa olosuhteissa vaarana on hypertermia. Siinä kehon lämpötila kohoaa liian korkeaksi ulkoisen tekijän vuoksi.
Kerro kuumeen vaikutuksesta kehon lämpötilaan. Miten energiaa siirtyy pois kehosta?
Kuumeessa ihmiskehon lämpötila nousee, kun elimistön lämmönsäätelykeskus ohjaa kehon vähentämään lämmönhukkaa. Täten esimerkiksi ihon verenkierto vähenee. Kuumeesta voi olla elimistölle hyötyä, sillä monet taudinaiheuttajat eivät selviä olosuhteissa, joissa lämpötila on korkeampi kuin kehon normaalilämpötila.
Energiaa siirtyy pois kehosta johtumalla, säteilemällä ja kuljettumalla. Myös hikoiluun liittyvä haihtuminen poistaa energiaa kehosta. Vaatetus vaikuttaa oleellisesti siirtyvän energian määrään.
Mitä tarkoittaa verenpaine? Miten asento vaikuttaa siihen?
Verenpaine tarkoittaa valtimoverisuonissa vallitsevaa painetta, joka on suurimmillaan sydämen vasemman kammion supistuessa. Verenpaine on normaali, kun yläpaine (paine sydämen supistuksen aikana) on alle 130 mmHg (17 kPa) ja alapaine (paine sydämen lepovaiheessa) alle 85 mmHg (11 kPa).
Makuuasennossa sisemmän kaulavaltimon ja reisivaltimon verenpaine on suurinpiirtein sama, mutta seisomaan noustessa paine reidessä kasvaa ja kaulassa pienenee hydrostaattisen paineen vuoksi.
Kerro verenkierrosta.
Verenkierto on tärkeä osa kehon lämmönsäätelyjärjestelmää. Veren mukana energiaa kuljettuu ihokerroksen alapinnalle, josta se johtuu ihon pinnalle ja voi siirtyä ympäristöön.
Verisuonet voivat supistua tai laajentua tarvittaessa. Kylmässä ympäristössä ihon kautta voi kulkea verta alle 0,35 litraa minuutissa, kun helteellä vastaava luku voi olla jopa 3,5 litraa minuutissa.
Verisuonet kuljettavat myös haihdutettavan veden hikirauhasille.
Kerro ihmisen ravinnosta ja energiantarpeesta (paljonko, ravintoaineet, energian hyödyntäminen…)
Ihminen saa ravinnosta energiaa ja elimistön rakennusaineita. Ravintoaineet jaetaan energia- ja suojaravintoaineisiin. Energiaravintoaineita ovat hiilihydraatit, rasvat ja valkuaisaineet; suojaravintoaineita puolestaan vitamiinit ja kivennäisaineet. Solut muokkaavat ravinnosta saatavaa energiaa käyttökelpoiseen muotoon kemiallisissa reaktioissa, jotka tarvitsevat happea ja tuottavat hiilidioksidia. Keuhkoissa hengitysilman happi siirtyy vereen, ja hiilidioksidi puolestaan verestä ilmaan.
Kerro ihmisen hengityksestä ja keuhkoista (hengitystiheys, hengitys, kaasujenvaihto)
Aikuinen ihminen hengittää levossa noin 12-14 kertaa minuutissa. Jokaisella hengenvedolla ilmaa vedetään sisään noin 0,5 litraa. Osa hengitysilmasta jää kuitenkin hengitysteihin, joten todellisuudessa ilmaa vaihtuu noin 0,35 litraa. Tavallisen sisäänhengityksen lisäksi ihminen voi vetää keuhkoihinsa vielä 2-3 litraa ilmaa.
Keuhkoihin sisään hengitetty viileämpi ilma lämpenee kehon lämpötilaan, jolloin sen tilavuus hieman suurenee. Kuivaan ilmaan haihtuu vesihöyryä hengitysteistä ja keuhkorakkuloista.
Kaasujen vaihto veren ja hengitysilman välillä tapahtuu keuhkojen keuhkorakkuloissa, eli alveoleissa. Hengitysilman happi siirtyy alveolin ja hiussuonen ohuen seinämän läpi vereen, sillä hapen osapaine on veressä pienempi kuin ilmassa. Vastaavasti hiilidioksidi siirtyy verestä ilmaan, jossa sen osapaine on pienempi.
Mitä tapahtuu kun iho menee “kananlihalle’”?
Mihin hikoilun lämmönsäätelyvaikutus perustuu?
Kun iho menee “kananlihalle”, karvankohottajalihas nostaa ihokarvan pystyyn, jolloin kasvapeitteen ja ihon väliin jää eristävä ilmakerros.
Hikoilun lämmönsäätelyvaikutus perustuu siihen, että hiki ottaa iholta haihtumiseen tarvittuvaa energiaa –> energiaa poistuu iholta ja olo viilenee.
Kerro mitokondrioista (kemialliset reaktiot jne)
Solujen mitokondrioissa sokerien ja rasvojen kemiallinen energia tallennetaan väliaikaisesti adenosiinitrifosfaatiksi.
Glukoosin hapetuksessa solu kykenee hyödyntämään 40% tarjolla olevasta energiasta, ja loput energiasta kasvattaa solun sisäenergiaa ja siten nostaa sen lämpötilaa. Verenkiertoelimistö tasaa lämpötilaerot kehon eri osien välillä.
Mitä tarkoitetaan luonnollisella kasvihuoneilmiöllä?
Luonnollisessa kasvihuoneilmiössä ilmakehän kaasut, kuten hiilidioksidi ja vesihöyry, absorboivat Maan emittoimaa infrapunasäteilyä, jolloin ilmakehä lämpenee. Ilmakehän lähettämästä lämpösäteilystä osa päätyy avaruuteen ja osa lämmittää maanpintaa.
Luonnollisen kasvihuoneilmiön ansiosta maapallon keskilämpötila on noin 15 celsiusastetta. Ilman luonnollista kasvihuoneilmiötä keskilämpötila olisi noin -18 celsiusastetta.
Mitä maapallon säteilytasapainolla tarkoitetaan? Mihin se vaikuttaa?
Maapallon säteilytasapaino kuvaa Auringosta Maahan tulevan ja Maasta lähtevän säteilyn energian erotusta.
Muutokset säteilytasapainossa muuttavat ilmastoa:
- jos Maasta poistuvan säteilyn määrä vähenee esimerkiksi kasvihuonekaasujen määrän lisääntymisen myötä, Maan lämpötila nousee
- jos Auringosta Maahan tulevan säteilyn määrä vähenee, esimerkiksi voimakkaassa tulivuorenpurkauksessa syntyneen tuhkan vuoksi, Maan lämpötila laskee
Miten säteily jakautuu epätasaisesti maapallolla? Mitä siitä seuraa?
Päiväntasaajan lähellä Auringon energiaa absorboituu Maahan enemmän kuin sitä emittoituu Maasta. Navoilla tilanne on puolestaan päinvastainen.
Säteilyn epätasainen jakautuminen aiheuttaa muun muassa tuulet ja merivirrat, joissa energiaa siirtyy lämpimiltä alueilta kohti kylmiä alueita. Säteilyn epätasainen jakautuminen aiheuttaa myös sään ääri-ilmiöitä ja vaikuttaa sademääriin eri puolilla maapalloa.
Millainen Maan säteilytasapaino on?
Noin 30% Auringosta Maahan tulevasta säteilystä heijastuu pilvistä, ilmakehän aerosoleista ja maanpinnasta takaisin avaruuteen. 70% Auringosta Maahan tulevasta energiasta puolestaan absorboituu meriin, maan pintakerroksiin ja ilmakehään. Maapallo emittoi absorboitunutta energiaa infrapunasäteilynä.
Mitä tarkoittaa säteilyn intensiteetti?
Miten se lasketaan?
Millainen se on maapallolla?
Aurinko säteilee energiaa 3,9*10^26 W teholla.
Säteilyn intensiteetti voidaan laskea, kun tiedetään kuinka suuri säteilyteho kohdistuu pinta-alalle A. Mitä kauempana tähdestä ollaan, sitä suuremmalle pinta-alalle säteily leviää, jolloin myös säteilyn intensiteetti pienenee.
Auringon säteilyn intensiteetti Maan etäisyydellä on 1361 W/m^2. Koska Auringon säteily leviää pyörivän maapallon pinnalle, on säteilyn intensiteetti Maan pinalla keskimäärin 340 W/m^2
