Menschen brauchen Wärmeenergie

Wärmehaushalt des Menschen

Die Körpertemperatur des Menschen beträgt ungefähr 37 °C. Diese Temperatur muss immer möglichst gleich bleiben. Eine zu hohe oder zu niedrige Körpertemperatur kann lebensgefährlich sein. Die Umgebungstemperatur ist aber meistens niedriger. Deshalb gibt der menschliche Körper ständig Wärme ab. Damit die Körpertemperatur trotzdem möglichst gleich bleibt, müssen wir Energie aufnehmen. Dies geschieht durch die Aufnahme von Nahrungsmitteln.

Die verschiedenen Nahrungsmittel liefern unterschiedlich viel Energie.

Wie viel Energie liefern diese Nahrungsmittel?

Ziehe das Nahrungsmittel in die richtige Spalte!

100 g Apfel

wenig Energie (< 500 kJ pro 100 g)

mittlere Energie (500–1500 kJ pro 100 g)

viel Energie (> 1500 kJ pro 100 g)

Kichererbsen 515 kJ pro 100 g

Um zu bestimmen, wie viel Energie ein Nahrungsmittel liefert, wird das Nahrungsmittel in einem Kalorimeter verbrannt. Deshalb wird die Energie von Nahrungsmitteln manchmal mit dem Wort Brennwert angegeben.

So bestimmt man, wie viel Energie ein Nahrungsmittel liefert

Dazu verwendet man ein Kalorimeter.

Dem Nahrungsmittel wird das Wasser entzogen. Dann wird 1 g des Nahrungsmittels im inneren Behälter, der mit Sauerstoff gefüllt ist, mithilfe einer elektrischen Zündung verbrannt. Es wird gemessen, wie stark sich dabei das Wasser im Kalorimeter erwärmt. Daraus ergibt sich der Brennwert des Nahrungsmittels.

Alle Teile des menschlichen Körpers brauchen Energie. Auch wenn wir schlafen, braucht der Körper Energie, damit Atmung, Blutkreislauf und Verdauung weiter funktionieren und die Körpertemperatur immer möglichst gleich bleibt. Die Energie, die der Körper im Ruhezustand benötigt, wird Grundumsatz genannt.

So berechnet man den Grundumsatz (pro Tag in Kilojoule)

• Kinder und Jugendliche: Körpermasse (in kg) × 115
• Erwachsene: Körpermasse (in kg) × 100
• über 60-Jährige: Körpermasse (in kg) × 88

Grundsätzlich gilt: Je älter ein Mensch ist, umso geringer ist sein Grundumsatz.

Der Grundumsatz von Schüler*innen beträgt ungefähr 10 000 kJ pro Tag.

Grundumsatzrechner

Für körperliche Tätigkeiten brauchen wir zusätzliche Energie. Wer zum Beispiel viel Sport betreibt, sollte (oder darf) mehr essen. Die Energie, die wir während eines Tages tatsächlich benötigen, wird Leistungsumsatz genannt.

So berechnet man den Leistungsumsatz

Leistungsumsatz = Grundumsatz $$\times$$ PAL-Faktor

Je mehr wir uns bewegen, umso größer ist der PAL-Faktor:

Speiseplan

Plane deine Mahlzeiten, damit dein Tagesbedarf (Grundumsatz $$\times$$ PAL-Faktor 1,6) abgedeckt wird. 1000 kJ

Wenn man mehr Energie aufnimmt als der Körper benötigt, wird die überschüssige Energie als Fettreserve angelegt. Dies macht der Körper deshalb, weil er für Hungerzeiten vorsorgen möchte. Denn dann wandelt er Fett in Energie, also auch Wärme um.

Wer viel Bewegung macht, hat einen höheren Energiebedarf. Die folgende Tabelle zeigt den durchschnittlichen Energiebedarf für sportliche Betätigung (pro Stunde).

Wer regelmäßig Sport betreibt, nimmt weniger rasch zu, stärkt das Immunsystem und verzögert Alterungsprozesse.

Viele Menschen möchten gern abnehmen. Doch Vorsicht – nicht jede Diät hält, was sie verspricht. Ein Beispiel (aus einer Zeitung): „Blitzdiät: 5 kg in einer Woche abnehmen!“ Ist das überhaupt möglich?

1 kg Körperfett liefern 30 000 kJ. 5 kg Körperfett liefern 150 000 kJ. Um 5 kg Körperfett abzubauen, müsste man in dieser Woche 150 Stunden Radfahren. Sogar dann, wenn man eine Woche lang gar nichts isst, wird nur ungefähr 1,5 kg Körperfett abgebaut.

So schützen wir uns vor Überhitzung

Eine Temperatur des menschlichen Körpers von mehr als 38 °C wird als Fieber bezeichnet. Aber auch bei sportlicher Betätigung steigt die Körpertemperatur an. Diese überschüssige Wärme muss abgeführt werden, um Organschäden oder sogar eine lebensbedrohliche Überhitzung zu vermeiden. Und genau dazu dient das Schwitzen. Besonders viele Schweißdrüsen gibt es auf Handfläche, Fußsohle und Stirn.

Man kann sich das vorstellen wie eine natürliche Klimaanlage des Körpers: Sobald unsere Körpertemperatur ansteigt, produzieren wir mit Hilfe der Schweißdrüsen Wasser. Dieses Wasser verdunstet. Die Energie aus der überschüssigen Körperwärme wird für diese Verdunstung genutzt. Dadurch sinkt die Körpertemperatur wieder. Diese natürliche Klimaanlage des Körpers funktioniert sehr effektiv. Dass der menschliche Körper in der Sauna Temperaturen von mehr als 100 °C aushält, hängt auch mit der Verdunstungsenergie beim Schwitzen zusammen.

Bei sportlicher Betätigung schwitzt man sogar dann, wenn die Lufttemperatur bei unter 0 °C liegt. Denn durch die Muskelbewegung wird Wärme produziert und diese Wärme führt zum Schwitzen. Auch das Muskelzittern bei Kälte dient dazu, Wärme zu produzieren. Damit die Verdunstung möglich ist, sollte man beim Sport luftdurchlässige Kleidung tragen. Nur so kann der produzierte Schweiß verdunsten und an die Außenwelt abgegeben werden. Außerdem sollte die Kleidung aus einem Material sein, das möglichst wenig Wasser aufnimmt und trocken bleibt. Denn Wasser, das in der Kleidung bleibt, verdunstet auch noch nach der sportlichen Betätigung und kann so zu einer Unterkühlung führen.

Der Mensch – eine Strahlungsquelle

Auch wenn wir nicht schwitzen, strahlt unser Körper Wärme an die Umgebung ab. Die Energie aus den Nahrungsmitteln wird in Wärme umgewandelt und diese Wärme wird abgegeben, um eine Überhitzung zu vermeiden. Auch in vollkommener Ruhe wird die Energie des Grundumsatzes in Wärme übergeführt. Ein erwachsener Mensch in Ruheposition gibt ungefähr 100 Watt Leistung ab. Deshalb ist es in einem Raum, in dem sich viele Menschen aufhalten, oft sehr warm. Diese Wärme kann sogar als Heizung verwendet werden.

Ein Beispiel: Im Flughafengebäude in Stockholm halten sich pro Tag ungefähr 250 000 Menschen auf. Die Wärme, die diese Meschen produzieren (auch Humanwärme genannt), wird mit Ventilatoren gesammelt, über Wassertanks und Wasserleitungen in ein nahegelegenes Bürogebäude geleitet und dort als Heizung verwendet.

Mit einer Wärmebildkamera sieht man die abgestrahlte Wärme in verschiedenen Farben. Die roten Körperregionen geben am meisten Wärme ab. So ist zum Beispiel auch ein Brillenträger zu erkennen: Das Glas der Brille leitet die Wärme besser ab als Luft. Dadurch wird nur ein Teil der Wärme senkrecht abgestrahlt.

So schützen wir uns vor Kälte

Wenn der menschliche Körper auf unter 26 °C abkühlt, besteht akute Lebensgefahr. Aber schon dann, wenn die Körpertemperatur nur geringfügig unter 35 °C beträgt, unternimmt der Körper alles Mögliche, um eine weitere Abkühlung zu verhindern: Das Herz schlägt langsamer, wir atmen weniger, das Bewusstsein wird eingeschränkt und es kommt weniger Blut an die Hautoberfläche, weil sich die Arterien bei Kälte zusammenziehen, damit möglichst wenig Wärme abgegeben wird.

Auch die richtige Kleidung ist wichtig, um eine Abkühlung des Körpers zu verhindern. Die Kleidung sollte aus einem Material sein, bei dem es Hohlräume gibt, in denen sich Luft befindet – wie zum Beispiel bei einer Daunenjacke oder einem Wollpullover. Denn Luft ist ein schlechter Wärmeleiter. Deshalb verhindert die Luft in der Kleidung, dass die Körperwärme sofort nach außen dringt.

Außerdem hilft Bewegung gegen das Auskühlen, denn dabei wird durch die Muskeln Wärme produziert.