Der geheime Wettbewerbsvorteil für Militär, Polizei und Sicherheitsfachkräfte: Die Wärmeleitfähigkeit von IcePlate®
Die IcePlate® - Konduktive Erwärmung im Einsatz
Aber wie hält Sie das Tragen der IcePlate® warm und welche wissenschaftlichen Erkenntnisse stecken hinter diesem Effekt der konduktiven Wärme?
Wärmeleitung: Ein Überblick
Wärmeleitung ist die Übertragung von Wärme zwischen zwei Körpern, die in direktem Kontakt stehen. Auf mikroskopischer Ebene findet diese Übertragung durch die Kollision von Partikeln und Elektronen innerhalb der Körper selbst statt [1] . Wenn ein wärmeres Molekül mit einem kühleren Molekül kollidiert, wird Energie von ersterem auf letzteres übertragen. Im Fall der IcePlate® sind die beiden Körper (die IcePlate® selbst und der menschliche Körper, mit dem sie in Kontakt steht) relativ zueinander stationär. Die Geschwindigkeit, mit der die Wärmeübertragung erfolgen kann, hängt vom Temperaturunterschied zwischen den beiden Körpern ab (in diesem Fall ist die IcePlate® mit Wasser gefüllt, das wärmer ist als die innere Körpertemperatur des Menschen von 37 °C) [1] . Wie Sie sich vorstellen können, wäre die Wärmeübertragungsrate Null, wenn die beiden Körper die gleiche Temperatur hätten.
Unterschiedliche Materialien, unterschiedliche Leitfähigkeitseigenschaften
Die Antwort hat mit der Wärmeleitfähigkeit zu tun. Verschiedene Materialien leiten Wärme unterschiedlich schnell. Metall ist ein sehr guter Wärmeleiter, was bedeutet, dass es die Wärme Ihrer 37 °C heißen Hand sehr schnell ableitet, sodass sich Ihre Hand kalt anfühlt. Holz hingegen ist ein schlechter Wärmeleiter und fühlt sich in diesem Fall bei Berührung eher wie Zimmertemperatur an [2] .
Wärmeleitungsgleichung (ich liebe Gleichungen!)
Lassen Sie uns ein wenig über die Gleichung sprechen, die zur Berechnung der Wärmeleitung verwendet wird.
Q/t = [kA(T2-T1)]/d
Wenn Ihnen der Anblick dieser Gleichung Angst macht, machen Sie sich keine Sorgen, wir werden sie aufschlüsseln. Was bedeuten diese Buchstaben und Zeichen überhaupt?!
Q : Energie (in diesem Fall Wärmeenergie), gemessen in Joule
t : Zeit in Sekunden
(Watt sind eigentlich Joule pro Sekunde. Also Q/t = Watt. Das ist unsere Berechnung.)
k : Wärmeleitfähigkeitskonstante. Diese Konstante ist materialspezifisch . Jeder Materialtyp hat seine eigene Konstante. Ändert man das Material, ändert sich auch die Konstante. Zinn hat eine Wärmeleitfähigkeitskonstante von 68,2 und die Konstante für Holz kann zwischen 0,16 und 0,25 W/mK liegen [3] .
A : Querschnittsfläche. Die übertragene Wärmemenge steigt proportional zur Oberfläche. Stellen Sie sich vor, eine IcePlate® (10 x 12 Zoll) überträgt mehr Wärme als ein kleiner Handwärmer mit der gleichen Temperatur und aus dem gleichen Material.
T2 : Temperatur des wärmeren Objekts in Kelvin.
T1 : Temperatur des kälteren Objekts in Kelvin.
d : Die Dicke des Materials, durch das die Wärme übertragen wird. Je dicker das Objekt, desto langsamer die Geschwindigkeit. (Dies ist besonders interessant, wenn Sie das dünne Design der IcePlate® mit sperrigeren Trinksystemen vergleichen .)
IcePlate® Heizleistung (in Watt)
Lassen Sie uns **die richtigen Nerds** sein und die Wärmeübertragung in Watt (Joule, die pro Sekunde durch das Material übertragen werden) zwischen der IcePlate® und dem menschlichen Körper aufschlüsseln (die Wissenschaft ist so verdammt cool, weil wir die obige Gleichung einfach anschließen und loslegen können).
k : Die IcePlate® besteht aus Polyethylen hoher Dichte (HDPE) mit einer Wärmeleitfähigkeitskonstante von etwa 0,50 W/(mK). [4]
A : Die IcePlate® hat dieselbe Größe wie eine mittelgroße SAPI-Platte (10 x 12 Zoll). Wir müssen unsere Zollmaße in Meter umrechnen, damit unsere Einheiten einheitlich bleiben. 10 Zoll = 0,254 Meter; 12 Zoll = 0,3048 Meter. A = 0,254 Meter x 0,3048 Meter = 0,07742 Quadratmeter.
T2 : Nehmen wir hier an, dass die Temperatur der IcePlate® 160 Grad F beträgt (die Temperatur des Wassers, das aus einer Bunn-Kaffeemaschine kommt, die ich neulich benutzt habe). Wir müssen dies in Kelvin umrechnen (die primäre Temperaturmessung in den physikalischen Wissenschaften). 160 Grad F = 344,26 K.
T1 : Nehmen wir an, Sie haben kein hohes Fieber und eine normale Körpertemperatur von 37,1 °C. 37,1 °C = 310,15 K.
d : Die IcePlate® hat eine Breite von 1 Zoll. 1 Zoll = 0,0254 Meter.
Wir haben unsere Zahlen, also setzen wir sie in unsere Gleichung ein.
Watt = [0,50 * 0,07742 Quadratmeter * (344,26 K - 310,15 K)]/0,0254 Meter
52 Watt Heizleistung
Ziemlich cool, oder?
Hinweis: Diese Studie bezieht sich eigentlich auf die Wattzahl, die Sie hätten, wenn Sie die IcePlate® auf der bloßen Haut tragen würden (was wir nicht empfehlen). Wenn Sie eine Basisschicht oder eine Sicherheitsweste tragen, sorgen Sie für zusätzliche Isolierung, was die Wärmeübertragungsrate verändert.
Bleiben Sie warm (mit IcePlate®) und leben Sie Ihr Leben (effizient)
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