КАТАТЕРМОМЕТРИЯ

КАТАТЕРМОМЕТРИЯ



, кататермомет-р ы. Кататермометрия имеет целью определение величины охлаждающей способности воздуха при t° человеческого тела с целью нахождения гиг. норм приятного теплового самочувствия человека в воздухе. Под охлаждающей способностью воздуха разумеют совокупное действие метеорологических факторов, от к-рых зависят охлаждение и тепловое ощущение человека в воздухе: температуры, влажности, движения воздуха и лучистой энергии. Для определения указанной величины предложен ряд приборов, из к-рых наиболее удобным и практичным в обращении, а потому и наиболее распространенным является кататермометр (почему и метод определения охлаждающей способности воздуха получил название К.). Все приборы К. можно разделить на три группы. К первой (А) относятся приборы, учитывающие охлаждающее действие температуры и движения воздуха, ко второй (В)—температуры, движения и влажности, а к третьей (С)—температуры, движения воздуха и лучистой теплоты.



Табл. 1.



Приборы Метеорол. факторы A. 1. Гомоотерм Фран- кенгейзера …. 2. Термометр Гроссе а. » Иеттена 4. Кататермометр су- 5. Калорметр Хилла б. Аппарат Рейхен- B. 1. Кататермометр 2. Гомоотерм влаж- C. Фригориметр Дор- но-Тилениуса . . t° + движение воздуха



У



t° + движение и влаж-( ность воздуха t° + движение воздуха + лучистая теплота Гомоотерм Франкенгейзера (Frankenhauser) представляет цилиндрический сосуд из тонкой меди с поверхностью в 100



см



^г



,



содержащий 100 з воды, в к-рую опущен термометр. Перед опытом инструмент нагревают до 35° или 38° и затем определяют величину охлаждения прибора в 1 мин. Инструмент построен таким образом, что каждый градус охлаждения соответствует потере в 1



г-



калорию на 1



см



²





поверхности прибора. Определения охлаждающей способности воздуха производятся с сухим прибором, а также покрытым сухой и смоченной тканью. Гроссе (Grosse) предложил (1914) подогревать обычный термометр на 10° выше окружающей темп, воздуха, а потом определять время, необходимое для понижения избытка t° на половину, т. е. на 5°. Рейхенбах (Reichenbach) полагает, что указанное понижение t° по Гроссе является более точным мерилом для определения охлаждающего действия воздуха, чем показания гомоотер-ма. Иеттен (Jotten) пользовался (1924) термометром психрометра Августа или особо сконструированным термометром,к-рый имел цилиндрический ртутный сосуд, высотой и окружностью в



2



^г



/



₂





^вм



—



Д



^ля



определения величины охлаждения Иеттен наблюдал вре- мя охлаждения термометра от 35° до 30° или от 35° до 34°. Опыты Иеттена показывали, что результаты его определений согласуются с соответствующими величинами го-моотерма. Калорметр (Calemeter) предложен Хиллом (НШ) и построен на том же принципе, что и кататермометр. Катушка никелевой проволоки подогревается посредством электрич. тока до температуры человеческого тела. Величина охлаждения воздуха определяется по количеству тока, который расходуется на поддержание t° проволоки на указанном уровне при данных атмосферных условиях. Прибор регистрирующий. На таком же принципе построен регистрирующий прибор Рейхенбаха, состоящий из цилиндра, наполненного маслом. Темп. прибора поддерживается на постоянном уровне посредством проволоки, подогреваемой электрическим током. Кататермометр предложен Хиллом в 1916 г. Название прибора означает, что измерения им производятся по падению мениска спирта после предварительного нагревания прибора. Прибор представляет алкогольный термометр, приспособленный для измерения охлаждения, производимого воздухом, в абсолютных единицах тепла при t° человеческого тела. Он состоит из цилиндрического резервуара (рис. 1), наполненного подкрашенным спиртом. Размеры резервуара: 4



см



длины, дно полушаровидное 1,6



см



диаметра, поверхность—22,6 ом



²



; трубка термометра—около 20



см



длины, шкала разделена на градусы (38—35° С или 100—95° Ф). Верхний конец капи-лярной трубки имеет овальное расширение, в к-рое уходит спирт при подогревании прибора выше 38° С. Кататермометр применяется сухим и влажным; в последнем случае на резервуар кататермометра надевается колпачок из хлопчатобумажной ткани или палец бумажной перчатки. Принцип прибора состоит в следующем: если нагреть К. выше 38° С (или 100° Ф), то при охлаждении от 38° до 35° он теряет всегда одинаковое определенное количество тепла при всех возможных атмосферных условиях, но величина этой потери в единицу времени (в секунду) различна в зависимости от внешних условий. Последнюю величину охлаждения можно принять за характеристику данных физ. условий среды. Для определения величин охлаждения кататермометра необходимо знать значение т. н. катафактора. Это— числомилликалорий,теряемых с 1



см



²





поверхности резервуара К. за все время охлаждения кататермометра от 38° до 35°. Катафак-тор определяется раз навсегда для данного прибора и помечается мастерской, к-рая изготовляет кататермометры, на трубке ката. Катафактор обозначается обычно буквой



F.



Величина охлаждения кататермометра получается при делении фактора на число секунд, потребовавшихся для охлаждения кататермометра с 38° до 35° при данных атмосферных условиях и выражает число милликалорий тепла, к-рые теряет 1



см



^г





Рисунок 1. поверхности резервуара кататермометра в 1 сек. Величина охлаждения сухого ката обозначается буквой Я, а влажного—Я



¹



. Определение фактора кататермометра. Способ Гриффита (Griffith). Катафактор определяется по эмпирическому уравнению (предложенному Гриффитом):



F =



0,27(36,5



-t)T,



где



t



— температура окружающего воздуха, а



Т



—число секунд охлаждения ката от 38° до 35°. Определения производятся в калориметре или термостате с двойными стенками, емкостью не менее 30 л. В одно из двух отверстий у верхней крышки термостата вставляют точный термометр, а в другое—кататермометр, предварительно подогретый в горячей воде (80°) выше 38° (подогревание кататермометра в горячей воде производится до заполнения верхнего резервуара кататермометра спиртом наполовину); отмечают время



Т



охлаждения кататермометра от 38° до 35° и одновременно записывают показания термометра. Наблюдение производят 5 и более раз и берут средние величины. Пример: среднее время охлаждения кататермометра в калориметре (из 7 определений)



Т



—77,8, а средняя t° воздуха в том же калориметре — 18,6. Поэтому



F



= 0,27(36,5 —



t)T



= =0,27(36,5-18,6)77,6 = 375,0. Способ Гриффита настолько прост, что может быть произведен каждым, работающим с кататермометром в несложной лаборат. обстановке для проверки указанного на приборе фактора или установления последнего, если он случайно не был указан. Другие способы определения катафактора требуют сложной лабораторной обстановки, а также навыка. Практика кататермометр ячеек и х измерений. Сухой и влажный кататермометры применяются для двух целей: 1)для определения величин охлаждения воздуха, т. е. для суждения, являются ли данные атмосферные условия здоровыми и нормальными, а также для более детальной характеристики ненормальных условий и 2) как анемометры для определения скорости воздушных токов внутри помещений. Наблюдения с сухим кататер-мометром. Для нахождения величины охлаждения сухого ката (Я) в воздухе резервуар кататермометра сначала погружается в горячую воду (50—80°) и держится в ней до тех пор, пока алкоголь не заполнит капиляр кататермометра и половину расширения, находящегося в верхней части канала. Затем кататермометр вынимается из воды, быстро осушается сухой тряпкой и подвешивается свободно и неподвижно в испытуемом воздухе. Столбик спирта начинает падать; при этом отмечается возможно точно по секундомеру (или секундной стрелке часов) время опускания мениска от деления шкалы 38° до 35°. Такого рода наблюдения повторяют от 4 до 6 раз; четыре,—если получаются близкие данные, и шесть,—если данные значительно разнятся. Первое наблюдение из четырех или шести обычно отбрасывается. Время охлаждения остальных трех или пяти наблюдений складывают вместе и делением общей суммы на число слагаемых получают средние арифметические числа секунд охлаждения



(Т).



После этого фактор прибора делится на Т и получают величину охлаждения (Я): Я =



-~ ■



Пример: пусть данный кататермометр имеет фактор 385 и пусть, будучи нагрет, кататермометр охлаждается от 38° до 35° в течение 55 сек. Тогда величина охлаждения, характеризующая данные атмосферные условия, будет: Я = у- = ^- = 7,0. Полученное значение Я=7 показывает, что при данных условиях воздуха резервуар кататермометра теряет 7 милликалорий с 1



см



³





в 1 сек. Потеря тепла сухим кататермометром происходит путем лучеиспускания и теплопроводности. Если t° воздуха будет выше 38°, то кататермометр может показывать и величину нагревания. В этом случае определяют в секундах время поднятия мениска кататермометра от 35° до 38 и делят фактор прибора на найденное количество секунд нагревания. Определение скорости движения воздуха посредством сухого кататермометра. Для нахождения скорости ветра кроме величины охлаждения (Я) определяют t°



(t)



воздуха во время опыта (лучше с помощью аспирац. психрометра Асмана). После этого скорость ветра



(v)



определяют по формулам Хилла и Гер-гуд-Эш (Hargood-Ash): 1) для скоростей, меньших 1 ж в секунду, \ 0,40 / и 2) для скоростей, больших 1 ж/сек., где 0 = 36,5 —



t,



т. е. разница между средней t° тела и t° окружающего воздуха (t). Если величина



_в



меньше 0,6, то



v



определяют по формуле (I), если же -j-> 0,6, то применяют уравнение (II). Для облегчения расчетов по уравнениям (I) и (II) Хилл предложил особые вспомогательные таблицы, в к-рых



v



определяют по величине =■ • Формулы (I) и (II) приложимы к скоростям ветра, не превышающим 17 ж/сек. Формула (I) получена на основании опытов, проведенных при t° воздуха 13,9°, а формула (II)—при 19,4°. Поэтому формулы (I) и (II) дают действительные скорости движения воздуха в тех случаях, когда определение производится при указанных температурах воздуха. При других температурах величины движения воздуха, вычисленные по формулам (I) и (II), отклоняются от истинных значений: при более низких температурах воздуха в действительности имеют место меньшие, а при более высоких—ббльшие величины. В 1928 г. Хилл со своими сотрудниками Ангус и Ныоболд (Angus, Newbold) опубликовал вместо прежних двух новую формулу (III), к-рая дает возможность определять скорости воздуха посредством сухого кататермометра при различных t° воздуха без внесения поправок: Приведенное уравнение (III) отличается от предыдущих только величиной коефициен-тов. На основании последнего уравнения Хилл с указанными сотрудниками предложил также приводимую здесь номограмму (рис. 2). Последняя содержит 3 переменных величины: значение сухого кататермометра, сухого термометра и скорости движения воздуха. Для определения одной из этих величин следует соединить найденные значения других двух краем’линейки и найти требуемое значение в точке, где край линейки пересекает третью шкалу. Наблюдения, к-рые лежат в основе приведенного уравнения и номограммы, производились в пределах: скоростей воздуха—0,31 до 5,2 л»/сек., t° сухого термометра—от 0° до 44,5°, t° влажного термометра—от 0° до 33,5°, относительной влажности—от 28% до 95% и барометрического давления—от 735 до 760



мм



Hg. He рекомендуется экстраполировать вне указанных границ. Значения, получаемые посредством уравнения и номограммы, приблизительны. Поправки на барометрическое давление (напр. в глубоких шахтах или на высоких горах) можно_производить по формуле:



№



=



^



(l + j/^-), где Я



₀



— величина охлаждения при стандартном давлении



р



₀



,



и Н



¹



—та же величина при прочем любом давлении



p



_t



.



Наблюдение с влажным кататермометром. Наблюдения Ангуса, которые подтвердил также Хилл, показали, что влажность воздуха не влияет на величину охлаждения сухого кататермометра и последний не дает достаточно данных для определения действия атмосферных условий на влажную кожу человека. Для этого служит влажный кататермометр. Сухой кататермометр показывает потерю тепла путем теплоизлучения и теплопроводности; влажный отмечает охлаждение лучеиспусканием, теплопроводностью и испарением. Разность между показаниями влажного и сухого кататермометров указывает потерю тепла путем испарения. При исследованиях влажный ката (обыкновенный кататермометр, на резервуар к-рого надет палец перчатки из шелковой или бумажной ткани) нагревается погружением в воду, как и сухой кататермометр. Излишняя вода в виде висячей капли внизу резервуара удаляется. Инструмент затем остается в исследуемом воздухе, причем наблюдается число секунд охлаждения, как в сухом кататермометре. Величина охлаждения влажного кататермометра вычисляется так же, как в случае сухого кататермометра, делением фактора на число секунд охлаждения прибора от 38° до 35°. Частное дает численное выражение величины потери тепла влажного ката



Н



¹





с 1 &м



²



в 1 сек. В подвижном воздухе отношение величины охлаждения влажного кататермометра



II



¹





к скорости ветра



(v)



выражается следующим уравнением: Я* = (1,115



Ф* +



0,268) (28,65 — 0,409^ —0,00346 ^-0,000224



t



³



),



а отсюда получаем для



v:





0.4/————



«■»



У



5ЩГ ffi 0,4564,-0,00386



t*



-0,000250tf -0,24.(IV) Для определения скорости ветра согласно уравнению (IV) необходимо предварительное определение в данном воздухе показаний (Н



¹



) влажного кататермометра и (t



_x



) влажного термометра. Для облегчения расчетов по уравнению (IV) Хилл предложил номограмму, к-рая крайне облегчает определение скорости ветра по данным



Н



¹





и



t



_t



.



Номограмма построена таким же образом, как и помещенная выше номограмма для сухого кататермометра (рис. 3). Определение


¹



. Металлист Маляр . . Каменщик Пильщик Общее выделение тепла за 1час работы (в больших калориях) Величина охлаждения сухого кататермометра, требуемая для предупреждения потения 112 142 149 170—206 190 201 317 379 5,44 6,88 7,24 8,4—10,4 0,24 Й, 76 16,44 18.48 Т а

Г>

Л. В. Характер работы Hi 1U 18 25 30 Легкая физ. работа….. Тяжелая физ. работа …. Если показания кататермометра ниже указанных величин, то, по Хиллу, работа происходит в неблагоприятных условиях вследствие затрудненной теплоотдачи тела. В 1922 году Оренштейн и Айрленд (Orenstein Ireland) из южноафриканских рудников опубликовали следующую шкалу показаний кататермометра и соответствующих физиол. реакций, наблюдаемых у рабочих, несущих труд в указанных рудниках в обнаженном виде (табл. 4). Из приведенных данных видно, что работоспособность обнаженных рабочих в рудниках при высоких t° воздуха начинает понижаться при показаниях сухого кататермометра ниже 6 и влажного—ниже 16. В наиболее благоприятных раб

from Publication digest https://big_medicine.academic2.ru/5002/%D0%9A%D0%90%D0%A2%D0%90%D0%A2%D0%95%D0%A0%D0%9C%D0%9E%D0%9C%D0%95%D0%A2%D0%A0%D0%98%D0%AF