Könnte ich mit einem sehr, sehr, sehr dicken Pullover am (oder nahe) absoluten Nullpunkt überleben?

Ein superdicker Pullover ist wahrscheinlich nicht der richtige Weg – vielleicht wickelst du dich besser in Alufolie ein.

Der Körper verliert Wärme durch eine Handvoll Mechanismen:

• Während der Konduktion überträgt Ihr Körper Wärme an die Umgebungsluft, die mit Ihrer Haut in Kontakt ist. Dies erhöht die Temperatur der Luft, was (wenn die Luft ruht) die Wärmeverlustrate verringert.
• Wenn sich die Luft bewegt, wird diese Energie von der Brise weggetragen, und Sie sind im Grunde die ganze Zeit mit frischer, kühler Luft in Kontakt. Das ist Konvektion .
• Verdunstung tritt auf, wenn Feuchtigkeit in Ihrer Haut aus der Flüssigkeit in die Gasphase gezogen wird, wobei Energie mitgenommen wird. Dies hängt von der relativen Luftfeuchtigkeit ab - siehe Feuchtkugeltemperatur für mehr.
• Ihr Körper gibt zu jeder Zeit Strahlung ab (hauptsächlich im Infrarotbereich), wobei ein Gesamtleistungsverlust von gegeben ist$P=\epsilon A\sigma T^4$. Hier,
  • $\epsilon$ist der Emissionsgrad Ihres Körpers, ($\epsilon\approx 0.95$wenn du nackt bist)
  • $A$ist die "effektive Strahlungsfläche" Ihres Körpers ($A\approx 0.7 (2\text{ m}^2)\approx1.4\text{ m}^2$)
  • $\sigma$ist die Stefan-Boltzmann-Konstante$\sigma = 5.67 \times 10^{-8} \frac{\text{W}}{\text{m}^2\text{ K}^4}$
  • $T$ist die absolute Körpertemperatur in Kelvin.

(Beachten Sie, dass Ihr Körper Strahlung aussendet, aber auch empfängt , wobei die Menge von Ihrer speziellen Strahlungsumgebung abhängt.)

Von diesen vier Mechanismen sind die ersten beiden für Ihre Frage irrelevant, weil Sie sich in einem Vakuum befinden. Verdunstung wird definitiv auftreten, besonders um Nase, Mund und Augen, aber ich denke, dass die primäre Art des Wärmeverlusts hier die Strahlung sein wird, also konzentrieren wir uns darauf.

Ihr Körper erzeugt jederzeit Wärme über Ihren Stoffwechsel sowie innere Reibung. Wenn Sie sich unter angenehmen Bedingungen entspannen, produzieren Sie ungefähr 100 W - aber diese Zahl erhöht sich, wenn Sie mit dem Training beginnen. Insbesondere wenn Ihr Körper kalt wird, aktiviert Ihr Gehirn den Zitterreflex, was dazu führen kann, dass die Leistungsabgabe Ihres Körpers auf 200-300 W ansteigt.

Quelle (Achtung$1 \text{ Cal/hr} \approx 1 \text{ W}$).

Wenn Sie die Wirkung von Kleidung für einen Moment ignorieren, dann kann Ihre Gleichgewichtskörpertemperatur grob abgeschätzt werden, indem Sie die durch Ihre Stoffwechselprozesse (und möglicherweise Bewegung) erzeugte Leistung mit der Verlustleistung durch Strahlung gleichsetzen, vorausgesetzt, Sie absorbieren keine Strahlung von woanders. Ich gehe davon aus, dass der Körper hier eine einheitliche Temperatur hat. Dies wäre nicht der Fall - Ihr Körperkern wäre am wärmsten und dann würde sich ein Gefälle zu Ihrer Haut bilden - aber das kann vernachlässigt werden, da das Gefälle nicht sehr extrem wäre.

In diesem vereinfachten Modell ist dies die resultierende Gleichgewichts-Körpertemperatur als Funktion des Emissionsgrads, wenn zuerst 100 W und dann 300 W erzeugte Leistung angenommen werden.

Wie Sie sehen können, ist die Situation ziemlich düster, wenn Sie sich nackt der Leere stellen. Ihre Kerntemperatur kann nicht viel unter die normalen 37 ° C fallen, bevor Sie in einen hypothermischen Zustand eintreten. selbst wenn es heftig zittert , erfordert dies einen Emissionsgrad von etwa$0.425$, weit unter dem typischen Wert Ihres Körpers$0.95$.

Hier kommt Kleidung ins Spiel. Textilien haben einen etwas geringeren Emissionsgrad als nackte Menschen. Der Oberflächenemissionsgrad von Wolle beträgt etwa 0,74, und die meisten Textilien liegen in diesem Bereich oder darüber, was bedeutet, dass sich die Oberfläche des Kleidungsstücks immer noch unter 0 °C ausgleichen würde.

Allerdings ist die Wärmeleitfähigkeit von Wolle nur ca$0.03\frac{\text{W}}{\text{m K}}$. Für ein dickes Kleidungsstück$t$Ihren gesamten Körper bedeckend, wäre der Temperaturgradient von Ihrer Körperoberfläche zur Oberfläche des Kleidungsstücks

Ausgehend von der Temperatur der Außenseite des Kleidungsstücks können wir so die entsprechende Körpertemperatur in Abhängigkeit von der Dicke zurückverfolgen und finden. Ich habe die Berechnung für Wolle und Baumwolle durchgeführt, mit den unten gezeigten Ergebnissen.

Die Oberfläche eines Wollpullovers würde sich bei etwa -5 C ausgleichen, was bei einer Dicke des Pullovers von nur etwa 3 cm einer Körpertemperatur von 37 C entspräche. Das ist sicherlich dick, aber nicht absurd. Bei einem Baumwollpullover, der sowohl einen höheren Emissionsgrad als auch eine höhere Wärmeleitfähigkeit hätte, würde sich die Oberfläche bei etwa -10 C ausgleichen und Sie würden eine Dicke von etwa 6 cm benötigen, um Sie warm zu halten.

Andererseits könnten Sie erwägen, sich in eine Schicht aus Material mit extrem niedrigem Emissionsgrad einzuwickeln, und das wäre viel effektiver. Poliertes Silber hat beispielsweise nur einen Emissionsgrad$0.02$, was in die falsche Richtung problematisch wäre. 100 W/m abstrahlen$^2$, müsste unsere Schicht eine Oberflächentemperatur von etwa 60 C haben, was uns lebendig rösten würde. Der Sweet Spot – an dem sich unser Körper bei 37 C ausgleichen würde – scheint einem Emissionsgrad von etwa zu entsprechen$0.15$. Basierend auf dieser Emissionsgradtabelle scheint es, dass Alumel (eine Legierung aus Nickel, Aluminium, Mangan und Silizium) ausreichen würde.

Weiterführende Literatur:

Konvektions- und Strahlungswärmeübertragungskoeffizienten für einzelne menschliche Körpersegmente

Die relativen Einflüsse von Strahlung und Konvektion auf die Temperaturregulierung des bekleideten Körpers

@J. Murrays Antwort gibt den Strahlungsteil richtig wieder. Wie @MSalters in einem Kommentar betonte, bedeutet die Annahme von 100 W erzeugter Wärme, dass die Außenseite der Kleidung ungefähr -70 ° C betragen muss (mit einem Emissionsgrad von 0,74). Bei einer Körpertemperatur von 37˚C würde das eine Differenz von 107 K bedeuten.

Die Wärme wird durch die Kleidungsschicht geleitet$Q$wird gegeben von:

Wo$k$ist die Wärmeleitfähigkeit der Kleidung,$A$ist der Bereich der Kleidung,$D$ist die Dicke der Kleidung, und$\Delta T$ist die Temperaturdifferenz. Auflösen für$d$gibt uns die benötigte Dicke:

In der obigen Berechnung habe ich die Wärmeleitfähigkeit für Wollfilz und die effektive Oberfläche 1,4 verwendet$\textrm{m}^2$von @J. Murrays Antwort. Dies ergab eine benötigte Dicke von$9.4$cm. Aufgrund des Fehlens von Luft zwischen den Fasern ist die Wärmeleitfähigkeit von Stoffen im Vakuum jedoch wahrscheinlich deutlich niedriger als der verwendete Wert, sodass eine dünnere Kleidungsschicht wahrscheinlich ausreichend wäre.

Beim absoluten Nullpunkt wird keine Wärme zurückgestrahlt, Sie verlieren also 100 % der Wärme, die von Ihrer Kleidung weggestrahlt wird, 0 % werden zurückgestrahlt. Wenn Sie in eine Kryotherapiekammer gehen, verlieren Sie nur 99,6 % und 0,43 % (= 77.000/300.000)$^4$zurückgestrahlt wird. Am kältesten Ort der Erde, bei 183 K, werden 14 % zurückgestrahlt. Sie können das Überleben in der Kryotherapie leicht versuchen, kein großer Unterschied zum absoluten Nullpunkt (wenn Sie etwas zum Atmen haben) https://en.wikipedia.org/wiki/Cryotherapy oder gehen Sie zum kältesten Ort https://en.wikipedia.org /wiki/Pole_of_Cold . Die Temperatur der Strahlung im Weltraum beträgt 4K (fragen Sie Penzias).

Was bedeutet Temperatur im Vakuum? Ich denke, wenn es keine Materie (oder Photonen) gibt, die eine Temperatur haben, dann hat das Konzept keine Bedeutung. (Physiker korrigieren mich, wenn ich falsch liege.)

Aber nehmen wir an, es gibt mindestens ein paar Moleküle, die eine Temperatur haben. Im Wesentlichen lautet die Antwort "Ja", da nur sehr wenig Leitung oder Konvektion auftritt. Wie andere bereits betont haben, gibt es immer noch Strahlungswärmeübertragung, also hängt es davon ab, wie schnell Sie sich abkühlen oder aufheizen, ob Sie sich in der Sonne oder im Schatten befinden, es sei denn, Ihr Pullover ist stark reflektierend.

Denken Sie daran: In großen Höhen (in „dünner“ Luft) spüren Bergsteiger die Kälte und den Wind etwas weniger. Umgekehrt, wenn Sie ins Meer fallen (Wasser ist natürlich viel dichter als Luft), spüren Sie die Kälte viel stärker als wenn Sie am Ufer stehen, selbst wenn die Lufttemperatur und die Wassertemperatur gleich sind.