ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОТРАТ ЖИВОГО ОРГАНИЗМА МЕТОДОМ ПРЯМОЙ КАЛОРИМЕТРИИ

 

Цель работы: ознакомление с методом прямой калориметрии

Приборы и принадлежности:физиологический калориметр, нагреватель (фантом), милливольтметр Ф-195, миллиамперметр э-524, источник питания нагревателя.

Описание схемы установки:

 

Энерготраты организма – это полное количество тепла, отдаваемое живым организмом окружающей среде. Для определения энерготрат применяют два метода: прямую и непрямую калориметрию. Метод непрямой калориметрии основан на исследовании газообмена (этот метод будет подробно рассматриваться в курсе нормальной физиологии). Метод прямой калориметрии позволяет непосредственно измерять количество тепла, выделяемое живым организмом, при помощи специальных физиологических калориметров. В данной работе используется калориметр, который состоит из внешней латунной коробки (1) и помещенной в нее внутренней латунной коробки (2), разделенных теплоизолированными прокладками. Во внутренней коробке находится латунная клеточка, в которую помещается мышь. Непосредственной задачей работы является определение энерготрат мыши. Для измерения температур используется термобатарея, состоящая из шести последовательно соединенных термопар (3). Один спай каждой термопары наклеен на стенку внутренней коробки калориметра, другой спай – на стенку внешней коробки. ЭДС, возникающая в термопаре, прямо поропорциональна разности температур спаев, то есть разности температур между внутренностью калориметра и окружающей средой:

 

Е_t =β (Т_i-Т_e),

где β – постоянная батареи термопар (для данной батареи термопар β= 0,25 мВ/С).Эта ЭДС измеряется чувствительным калориметром (4). Во второй части работы вместо животного в калориметр помещают нагреватель (5), который подключается к розетке 12 В. Протекающий в цепи ток регистрируется миллиамперметром (6).

 

Порядок выполнения работы:

1. Запишите в таблицу измерений значение теплоемкости калориметра С, указанное на крышке внутренней коробки калориметра, постоянную батареи термопар β и сопротивление нагревателя R.

2. Включите милливольтметр в сеть (переключатель диапазонов должен стоять в положении 1мВ).

3. Поместите в калориметр животное, плотно закрыв крышки.

Примечание: при закрывании и открывании калориметра не допускайте сдвига внутренней коробки по отношению к внешней во избежание повреждения спаев термопар и их смещения.

Таблица измерений

Теплоемкость калориметра С=	Сопротивление нагревателя R=
Постоянная термобатареи β=	Ток нагревателя I=
Опыт с мышью	Опыт с нагревателем
Время t,мин	ЭДС Еt, мВ	ΔТ=Тi-Te,Сo	Время t,мин	ЭДС Еt, мВ	ΔТ=Тi-Te,Сo

 

4. Через 1-2 минуты, необходимые для успокоения мыши, запишите в левую часть таблицы первое показание милливольтметра Е, соответствующее времени t=0. В дальнейшем производите записи показаний через каждые 2 минуты в течение 16 минут. С согласия преподавателя опыт можно остановить раньше, если температура перестала изменяться.

5. Выньте мышь, дайте калориметру проветриться и остыть с открытыми крышками в течение 20 минут. Первая часть опыта закончена.

6. Поместите в середину калориметра нагреватель, закройте крышки, включите питание нагревателя (розетка 12 В), запишите в таблицу величину силы тока, идущего по нагревателю, и через 15-20 секунд запишите первое показание милливольтметра, соответствующее времени t=0. Переключатель диапазонов милливольтметра должен стоять в положении 100мА).

7. Повторяйте измерения каждые 2 мин в течение 16 мин. Результаты занесите в правую часть таблицы.

8. Закончив измерения, выключите нагреватель, выньте его из калориметра, выключите всю установку.

Обработка результатов измерений:

1. Вычисляется и заносится в соответствующие графы таблицы разность температур внутренней Т_i и внешней Т_e коробки как для опыта с мышью, так и для опыта с нагревателем:

Т_i – Т_e= = = 4Ei

2. На одном листе миллиметровой бумаги строятся графики зависимости разности температур ∆Т и ∆Т^/ от времени. Рекомендуемые масштабы:

по оси абсцисс 1 мин – 1 см

по оси ординат 1С^о – 4 см.

3. Находятся площади (в см²) S_м и S_н под этими графиками.

4. По результатам опыта с нагревателем, используя принятые обозначения, находится суммарный коэффициент теплообмена

где t — время опыта для нагревателя или мыши.

5. Рассчитываются энерготраты мыши за время опыта и средняя мощность, выделяемая животным в процессе теплообмена

Q= C ∆T м+ A Sм

6. Сделайте вывод. Достигнута ли цель работы, какое явление наблюдали, оцените среднюю мощность, выделяемую мышью.

Дайте теоретическое обоснование работы, опираясь на вопросы для самоподготовки

Вопросы для самоподготовки:

1. 1-й закон термодинамики. Применение 1-го закона термодинамики к живым организмам.

2. Виды работ, совершаемых организмом.

3. Теплообмен. Виды теплообмена.Уравнение теплового баланса живого организма.