E51 Wärmeaustausch des Körpers

Thema

Der Wärmeaustausch eines ektothermen Insekts wird im Allgemeinen durch die Differenz zwischen seiner Stoffwechselwärmeproduktion und dem Wärmeverlust durch Konvektion, Strahlung und Verdunstung bestimmt. Dieses Modell basiert auf einer vollständigen Energiebilanz.

Dieselbe Energiebilanz, abgeleitet vom ersten Hauptsatz der Thermodynamik, liefert die finale Differentialgleichung, die die Körpertemperatur des Insekts im Zeitverlauf beschreibt.

Dieses kleine Insekt weist jedoch eine bemerkenswert niedrige Biot-Zahl auf, was bedeutet, dass seine finale Innentemperatur praktisch homogen ist. Diese spezielle Näherung mit konzentrierter Wärmekapazität vereinfacht die gesamte thermische Analyse des Insekts.

Der konvektive Wärmeverlust ist bei diesem Insekt dominant, insbesondere bei sich bewegenden Insekten oder in belüfteten Umgebungen. Die Strahlung, die ein weiteres Modell dieses Systems bildet, ist primär im Infrarotbereich relevant.

Diese Wespe und einige Schmetterlinge regulieren ihre Thoraxtemperatur, indem sie ihre Flugmuskulatur vor dem Abflug durch ein bestimmtes Muskelzittern vorwärmen und so die bereits erwähnte Stoffwechselwärmeproduktion steigern. Der Thorax dient hier als weiteres Modell dieses Systems auf einem elastischen Resonanzkörper. Da diese Wespe ihre Flugmuskulatur vor dem Abflug noch intensiver zittert, ist auch ihre finale Stoffwechselwärmeproduktion noch höher.

Dieses Modell, das die anfängliche Differenz zwischen Stoffwechselwärmeproduktion und Wärmeverlust durch Konvektion, Strahlung und Verdunstung berücksichtigt, legt somit die finale Gleichgewichtstemperatur dieses Insekts fest und bestimmt die spezifische Körpertemperatur, bei der es sich unter bestimmten konstanten Bedingungen stabilisiert. Die Tatsache, dass die Stoffwechselwärmeproduktion dieses Insekts den anfänglichen Wärmeverlust durch Konvektion, Strahlung und Verdunstung weiter übersteigt, führt zu einer noch höheren finalen Gleichgewichtstemperatur.

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