Человек как тепловая машина

На самом деле это очень интересный вопрос. Ответ Питера Шора о том, что люди не являются тепловыми двигателями, а работают на химической энергии, совершенно верен. Однако в комментарии вы (киранадхикари) упоминаете, что бензин и дизельное топливо также являются химическими веществами, и вы также совершенно правы, делая вывод, что двигатели внутреннего сгорания также в конечном итоге приводятся в действие химической энергией. В этом ответе я попытаюсь объяснить, почему люди являются гораздо более эффективными двигателями, чем двигатели внутреннего сгорания, учитывая, что это так, и почему мышцы способны преобразовывать химическую энергию в работу, не будучи намного горячее, чем их окружающая среда.

Разница в том, как используется эта химическая энергия. В случае двигателя внутреннего сгорания это делается в два этапа: сначала топливо сжигается с кислородом для получения тепла, а затем это тепло преобразуется в работу. Если вы делаете это таким образом, вы ограничены пределом Карно, что не позволяет вашей эффективности быть выше, чем$1-T_C/T_H$, куда$T_C$это температура окружающей среды и$T_H$температура, которую можно получить при сжигании топлива.

В случае живой клетки с аэробным метаболизмом химическое топливо также соединяется с кислородом для высвобождения энергии. Но большая часть этой энергии захватывается непосредственно молекулярными процессами, прежде чем она успевает превратиться в тепло. Путем прямого преобразования энергии из одной формы в другую вместо того, чтобы позволить ей сначала превратиться в тепло, можно избежать предела Карно. В этом случае существует другой термодинамический предел (определяемый формулой$\mu_\text{reactants}-\mu_\text{products}$, куда$\mu$— это химический потенциал), так что вы не можете создать вечный двигатель или что-то в этом роде, но этот предел химической энергии может быть намного выше, чем у Карно.

В случае мышц энергия, высвобождаемая при окислении сахара, преобразуется (через сложную серию реакций с участием АТФ) в кинетическую энергию нескольких молекул. Обычно молекулярная кинетическая энергия быстро передается другим молекулам и становится теплом, но прежде чем это может произойти, мышечные волокна переводят эту кинетическую энергию в работу, сокращая мышцу. Энергия переходит прямо из химической энергии в механическую работу, нигде не превращаясь в теплоту. Как указал Эдвин Джейнс (стр. 16 и далее), если вы определяете температуру как энергию на степень свободы, это составляет температуру около$5000 \,\mathrm{K}$. Вы не измерите такую ​​высокую температуру термометром, потому что она сосредоточена всего в нескольких молекулярных степенях свободы, а не распределена по всей клетке.

Если вы хотите думать об этом концентрированном молекулярном движении как о теплоте, то вы можете применить предел Карно, в конце концов.$T_H$Это почти температура Солнца, намного выше, чем температура, которую вы можете найти внутри двигателя внутреннего сгорания.

Вы можете подумать, что с нашей стороны очень неэффективно использовать двигатели внутреннего сгорания в наших автомобилях вместо того, чтобы преобразовывать энергию углеводородов непосредственно в работу. Это совершенно верно — если бы наши автомобильные двигатели содержали мышцы, а не камеры сгорания, они могли бы в принципе быть намного более экономичными. Проблема только в том, что технология создания искусственной мышцы, которая работает на бензине (и не тратит много энергии на поддержание собственного метаболизма), в настоящее время находится за пределами нашего понимания.

Люди не тепловые двигатели; источник нашей энергии не тепло; это химическая энергия, полученная из пищи.

человек является тепловым двигателем, так как происходят химические реакции и часть энергии расходуется на работу тела, остальное выбрасывается в атмосферу. когда температура окружающей среды выше, чем человеческое тело, оно все равно выделяет тепло в виде потоотделения.

Люди не являются тепловыми двигателями, как описано выше, но тепло в нашем теле исходит от крови, которая возникает в результате многих других процессов. Людям нужна пища для получения энергии, которая, в свою очередь, нуждается в энергии солнца.

Если вы имеете в виду не наше сердце как двигатель, то да, сердце — это постоянно работающий двигатель, который поддерживает нашу жизнь в холоде за счет перекачивания большего количества крови и других функций организма, которые помогают поддерживать нашу температуру на разумном уровне.