FORMULES de PHYSIQUE
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BILAN ENERGETIQUE du CORPS HUMAIN
bilan énergétique corps humain
Le bilan thermique du corps humain avec son milieu est le suivant (valeurs moyennes)
sachant que la surface du corps est d'environ 1,8 m²
1.ACQUISITIONS d'ENERGIE
1.1.par énergie thermique = 7% (rayonnements de soleil, conduction, convection)
1.2.par énergie chimique d'ingestion = 93% (à travers alimentation, piqûres, inséminations, transfusions, etc)
L’énergie nécessaire au métabolisme humain est de 2400 Calories par 24 heures, ce qui correspond à 2400x 4182 Joules pendant 86.400 secondes soit 116 Watts de puissance.
2.PERTES d'ENERGIE
2.1.par rayonnement = 40% avec des pointes à 60% au repos, sous 20 à 25° C
La formule pour le RAYONNEMENT total du corps est alors Pra(W) = Kr.S.yé.yvt.DT4 où
Kr(W/m²-K4) est la constante de Stefan-Boltzmann, S(m²) est la surface rayonnante de la peau, yé(nb) est le coefficient d'émissivité, yvt(nb) est un coeff.d'atténuation vestimentaire et les (T puissance quatre) sont les températures (K) du milieu et de la peau
2.2.par conduction =26% (contacts avec des solides-dont literie-)
6% sont utilisés pour réchauffer les aliments ingérés, mais ils ne sont pas à considérer dans le présent bilan car c'est un échange interne (ils ressortiront par ailleurs).
La formule pour la puissance de conduction totale du corps (Pcd Watts) est alors
Pcd = k*.S.DT = Q*.DT où k*(W/m²-K)= coeff. de transfert thermique, S(m²) est la surface entre peau et objets en contact, DT(K) la différence entre les températures de la peau et des corps en contact et Q*(W/K) la résistance thermique de la peau
2.3.par convection = 34% (contacts avec milieu d'immersion -air ou eau-)
La formule pour la puissance extériorisée par conduction (Pcv W) pour le corps entier est
Pcv =k'.S.yé.yvt.DT4
où k' (W/m²-K) est le coefficient de transfert thermique (= de 4 à 14 selon la vitesse)
yvt(nb) est un coeff.d'atténuation vestimentaire(= de 0,4 à 0,9)
S(m²) est la surface de contact entre peau et milieu de contact externe (= de 0,1 à 1,8 m²)
DT(K) la différence entre les températures de la peau et du milieu (= de 0 à - 50°)
--l'évaporation en constitue environ 10% (17% à l'effort intense et 5% au repos)
--la respiration en constitue environ (5%)
--la sudation (passive) en constitue environ (6%)
--la transpiration (volontaire) en constitue environ (10%) avec des pointes à 30%
--les évacuations en constitue environ (3%)
Le prorata de répartition entre les diverses parties du corps est approximativement: pieds(2%), fesses et cuisses(50%), mains(6%) tête 10% et autres parties du corps (32%)
PUISSANCES CONSOMMEES et FOURNIES
L’énergie nécessaire au métabolisme humain est fournie un peu par les rayons solaires, mais essentiellement par les aliments, soit 2400 Calories par 24 heures, ce qui correspond à 2400x 4182 Joules pendant 86.400 secondes soit 116 Watts
Cette puissance va être dépensée plus tard avec la répartition ci-après >>
--efforts physiques et psychiques (70%)
--pertes dues (à T.P.N) à des transformations internes (3%) + pertes dues à la convection vers l’air extérieur (2%) + pertes dues aux rayonnements de notre corps (20%) + pertes dues à l'évaporation (5%)
Cs derniers chiffrages indiquent que pour maintenir tout simplement le corps en état d'équilibre avec le milieu, on dépense (en ne faisant rien d'autre) 30% de l'énergie ingérée.
Selon les activités du corps humain, la puissance dépensée est de l'ordre de
80 Watts (si repos éveillé)--300 Watts (pour la marche ou pour travail peu intense)--500 W (pour travail manuel intense)--800 W (pour sports intenses)--6 Watts par kilo de son propre poids (pour un coureur cycliste, avec des pointes à 10 W/kg en sprint)
Les besoins quotidiens du corps en calories sont les suivants :
-femmes >> activité faible (1600), activité modérée (1900), forte activité (2600), femme enceinte (15% de plus)
-hommes >> activité faible (2000), activité modérée (2400), forte activité (3300)
CONFORT du CORPS HUMAIN
Les paramètres ci-dessous correspondent aux meilleures perceptions de confort:
-température entre 16 et 25 ° C
-teneur en humidité entre 6 et 12 g/kg
-vitesse de l'air ambiant < 0,2 m/s
-degré hygromètrique entre 30 et 65 %
-stockage de densité sup° d'énergie < 2.105 J/m²