Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Контроль температуры в организмах
temperature control in organisms
Контроль температуры — это процесс, при котором изменение температуры пространства (и находящихся в нем объектов) или вещества измеряется или иным образом обнаруживается, а поток тепловой энергии в это пространство или вещество регулируется для достижения желаемой температуры.
Temperature control is a process in which change of temperature of a space (and objects collectively there within), or of a substance, is measured or otherwise detected, and the passage of heat energy into or out of the space or substance is adjusted to achieve a desired temperature.
Контрольные петли
Домашний термостат является примером замкнутого контура управления: он постоянно измеряет текущую температуру в помещении и сравнивает её с желаемой температурой, заданной пользователем, и управляет нагревателем и/или кондиционером для повышения или понижения температуры, чтобы достичь заданной температуры. Простой (недорогой) термостат просто включает или выключает нагреватель или кондиционер, и следует ожидать временного превышения и недостатка желаемой средней температуры. Более дорогой термостат регулирует количество тепла или холода, производимого нагревателем или охладителем, в зависимости от разницы между требуемой температурой ("уставкой") и фактической температурой. Это минимизирует перерегулирование и недорегулирование. Этот метод называется пропорциональным управлением. Дальнейшие улучшения, использующие накопленную ошибку (интегральную составляющую) и скорость изменения ошибки (дифференциальную составляющую), применяются для создания более сложных ПИД-регуляторов, которые обычно используются в промышленных условиях.
A home thermostat is an example of a closed control loop: It constantly measures the current room temperature and compares this to a desired user defined set point and controls a heater and/or air conditioner to increase or decrease the temperature to meet the desired set point. A simple (low cost, cheap) thermostat merely switches the heater or air conditioner either on or off, and temporary overshoot and undershoot of the desired average temperature must be expected. A more expensive thermostat varies the amount of heat or cooling provided by the heater or cooler, depending on the difference between the required temperature (the "setpoint") and the actual temperature. This minimizes over/undershoot. This method is called Proportional control. Further enhancements using the accumulated error signal (integral) and the rate at which the error is changing (derivative) are used to form more complex PID Controllers, which is the form usually seen in industrial settings.
Энергетический баланс
Температура объекта или пространства увеличивается, когда тепловая энергия поступает в него, повышая среднюю кинетическую энергию его атомов, например, предметов и воздуха в комнате. Тепловая энергия, покидающая объект или пространство, понижает его температуру. Тепло перетекает из одного места в другое (всегда от более высокой температуры к более низкой) тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. При теплопроводности энергия передается от одного атома к другому при непосредственном контакте. При конвекции тепловая энергия передается теплопроводностью в подвижную среду (например, воздух или воду), и эта среда перемещается, унося тепло с собой. В какой-то момент тепловая энергия в среде обычно снова передается другому объекту посредством теплопроводности. Движение среды может быть вызвано отрицательной плавучестью, когда более холодный (и, следовательно, более плотный) воздух опускается и вытесняет вверх более теплый (менее плотный) воздух (естественная конвекция), или вентиляторами и насосами (вынужденная конвекция). При излучении нагретые атомы испускают электромагнитные волны, поглощаемые другими атомами, находящимися на любом расстоянии – от ближнего до астрономического. Например, Солнце излучает тепло как в невидимом, так и в видимом диапазонах электромагнитного спектра. То, что мы называем «светом», – это лишь узкий участок электромагнитного спектра. Если в каком-либо месте или объекте получено больше энергии, чем потеряно, его температура повышается. Если количество поступающей и уходящей энергии одинаково, температура остается постоянной – устанавливается тепловое равновесие.
An object's or space's temperature increases when heat energy moves into it, increasing the average kinetic energy of its atoms, e. g., of things and air in a room. Heat energy leaving an object or space lowers its temperature. Heat flows from one place to another (always from a higher temperature to a lower one) by up to three processes: conduction, convection and radiation. In conduction, energy is passed from one atom to another by direct contact. In convection, heat energy moves by conduction into some movable fluid (such as air or water) and the fluid moves from one place to another, carrying the heat with it. At some point the heat energy in the fluid is usually transferred to some other object by means conduction again. The movement of the fluid can be driven by negative buoyancy, as when cooler (and therefore denser) air drops and thus upwardly displaces warmer (less dense) air (natural convection), or by fans or pumps (forced convection). In radiation, the heated atoms make electromagnetic emissions absorbed by remote other atoms, whether nearby or at astronomical distance. For example, the sun radiates heat as both invisible and visible electromagnetic energy. What we know as "light" is but a narrow region of the electromagnetic spectrum. If, in a place or thing, more energy is received than is lost, its temperature increases. If the amount of energy coming in and going out are exactly the same, the temperature stays constant—there is thermal balance, or thermal equilibrium.