«Респирационные калориметры для изучения дыхательного газообмена и энергетических превращений у человека»

Респирационные калориметры для изучения дыхательного газообмена и энергетических превращений у человека

АВТОРЫ:

ФРЭНСИС Г. БЕНЕДИКТ и ТОРН М. КАРПЕНТЕР

ВАШИНГТОН, округ Колумбия. Опубликовано Институтом Карнеги в Вашингтоне, 1910 г. ИНСТИТУТ КАРНЕГИ В ВАШИНГТОНЕ. Публикация № 123. The Lord Baltimore Press, БАЛТИМОР, Мэриленд, США.

ПРЕДИСЛОВИЕ.

Непосредственная разработка и создание подходящего аппарата для изучения сложных процессов метаболизма у человека, очевидно, были первой задачей при оснащении Лаборатории питания. Поскольку с помощью этих респирационных калориметров уже был проведен ряд серий экспериментов, представляется целесообразным опубликовать описание аппаратуры в том виде, в котором она используется в настоящее время. Тем не менее, в конструкцию аппарата часто вносятся новые элементы по мере того, как выявляются возможности для повышения точности или облегчения работы с ним.

Мы хотели бы выразить нашу признательность следующим сотрудникам: г-ну У. Э. Коллинзу, механику Лаборатории питания, который сконструировал каркас из конструкционной стали и внес вклад во многие механические элементы аппарата в целом; г-ну Дж. А. Ричи, ранее участвовавшему в исследованиях питания в химической лаборатории Уэслианского университета, который применил свой предыдущий опыт при создании и установке наиболее чувствительных нагревательных и охлаждающих устройств. Другие лица, помогавшие в кропотливой работе по созданию, тестированию и проведению экспериментов с аппаратом: г-да У. Х. Лесли, Л. Э. Эммес, Ф. Л. Дорн, К. Ф. Кларк, Ф. А. Реншоу, Г. А. Стивенс-младший, мисс Г. Шерман и мисс А. Джонсон.

Многочисленные чертежи были выполнены г-ном Э. Х. Меткалфом, сотрудником нашего штата.

Бостон, Массачусетс, 10 августа 1909 г.

СОДЕРЖАНИЕ.

СТРАНИЦА Введение 1 Калориметрическая лаборатория 3 Общий план калориметрической лаборатории 3 Отопление и вентиляция 7 Калориметр 10 Фундаментальные принципы работы аппарата 10 Калориметрическая камера 11 Общая конструкция 14 Предотвращение излучения 17 Термоэлектрические элементы 19 Внутреннее устройство калориметра 20 Контур поглощения тепла 22 Термометры 26 Ртутные термометры 26 Термометры электрического сопротивления 28 Воздушные термометры 28 Настенные термометры 29 Электрический ректальный термометр 29 Термометры электрического сопротивления для водяного контура 29 Пульт наблюдателя 31 Соединения с системами термопар 33 Реостат для нагрева 34 Мосты Уитстона 34 Гальванометр 35 Сопротивление для нагревательных спиралей 35 Регистратор температуры 36 Фундаментальный принцип работы аппарата 38 Гальванометр 39 «Ползунок» 40 Часы 42 Установка аппарата 42 Контроль температуры входящего воздуха 43 Теплота испарения воды 44 Калориметр-кровать 45 Измерения температуры тела 48 Контрольные эксперименты с калориметром 50 Определение гидротермического эквивалента калориметра 52 Общее описание респирационного аппарата 54 Проверка камеры на герметичность 54 Вентиляция камеры 54 Отверстия в камере 55 Вентиляционный поток воздуха 57 Воздуходувка 57 Поглотители водяного пара 58 Емкости с поташной известью 60 Весы для взвешивания поглотителей 61 Очистка воздушного потока с помощью бикарбоната натрия 63 Клапаны 63 Соединительные муфты 64 Стол для поглотителей 65 Подача кислорода 67 Автоматический контроль подачи кислорода 69 Компенсатор давления 71 Барометр 72 Анализ остаточного воздуха 73 Газовый счетчик 75 Расчет результатов 76 Анализ кислорода 76 Преимущество помещения с постоянной температурой и контроля температуры 77 Колебания кажущегося объема воздуха 77 Изменения объема вследствие поглощения воды и диоксида углерода 78 Дыхательные потери 78 Расчет объема остаточного воздуха в камере 79 Анализ остаточных газов 80 Расчет на основе анализа остаточных газов 80 Влияние колебаний температуры и давления на кажущийся объем воздуха в системе 83 Влияние колебаний количества диоксида углерода и водяного пара на остаточный кислород 83 Контроль анализа остаточных газов 84 Азот, поступающий с кислородом 84 Выброс воздуха 85 Обмен воздуха в отверстии для подачи пищи 85 Использование данных холостого опыта в расчетах 86 Сокращенный метод вычисления кислорода, подаваемого в камеру для использования во время коротких экспериментов 88 Критика метода расчета объема кислорода 89 Расчет общего выделения диоксида углерода и водяного пара и поглощения кислорода 91 Контрольные эксперименты со сжиганием спирта 91 Весы для взвешивания испытуемого 93 Частота пульса и частота дыхания 95 Процедура эксперимента с человеком 96 Подготовка испытуемого 96 Герметизация крышки 97 Работа на пульте наблюдателя 97 Управление водяным счетчиком 98 Стол для поглотителей 99 Дополнительная аппаратура 100

ИЛЛЮСТРАЦИИ.

СТРАНИЦА Рис. 1. Общий план лаборатории респирационных калориметров 4 2. Общий вид лаборатории, снятый у главной двери 4 3. Общий вид лаборатории, снятый у холодильной камеры 4 4. Общий вид лаборатории, снятый у регистратора температуры 4 5. Вид лаборатории со стороны входа к калориметру-кровати 4 6. План отопления и вентиляции калориметрической лаборатории 6 7. Горизонтальное сечение калориметра-кресла 11 8. Вертикальное сечение калориметра-кресла 12 9. Вертикальное сечение калориметра-кресла спереди назад 13 10. Фотография каркаса калориметра-кресла 14 11. Фотография части каркаса и медной оболочки 14 12. Детальное сечение стенок калориметра 16 13. Деталь капельного регулирующего клапана и расположение внешнего контура охлаждения 18 14. Схематическая диаграмма водяного контура для теплопоглотителей калориметра 22 15. Деталь воздушного термометра сопротивления 28 16. Детали термометров сопротивления для водяного контура 30 17. Схема проводки пульта наблюдателя 32 18. Схема реостата и последовательно соединенных с ним сопротивлений 36 19. Схема проводки дифференциального контура с шунтами, используемыми с термометрами сопротивления для водяного контура 38 20. Схема катушки гальванометра, используемой с регистрирующим аппаратом для термометров сопротивления в водяном контуре 40 21. Схема проводки контуров, приводящих в действие плунжер и «ползунок» 41 22. Схема проводки полной цепи 110 вольт 41 23. Регистратор температуры 42 24. Подробная схема проводки, показывающая все части регистрирующего аппарата, вместе с проводкой к термометрам 42 25. Сечение стенок калориметра и часть вентиляционного воздушного контура 43 26. Поперечное сечение калориметра-кровати 46 27. Схема вентиляции респирационного калориметра 57 28. Поперечное сечение поглотителя серной кислоты 59 29. Весы для взвешивания поглотителей 62 30. Схема стола для поглотителей 66 31. Схема кислородных весов и баллонов 68 32. Кислородный баллон и соединения с компенсатором давления 70

РЕСПИРАЦИОННЫЕ КАЛОРИМЕТРЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ДЫХАТЕЛЬНОГО ГАЗООБМЕНА И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ У ЧЕЛОВЕКА.

ВВЕДЕНИЕ.

Создание в Бостоне центра по изучению питания человека со строительством специальной лаборатории для этой цели стало прямым результатом серии исследований, первоначально предпринятых в химической лаборатории Уэслианского университета в Мидлтауне, штат Коннектикут, покойным профессором У. О. Этуотером. Оценив выдающиеся результаты Петтенкофера и Фойта [1] и их сотрудников, он еще в 1892 году разработал планы строительства респирационного аппарата с калориметрическими функциями. Аппарат был спроектирован по общему плану вентиляции вышеупомянутых исследователей, однако в первом описании этого аппарата [2] видно, что метод, использованный для определения диоксида углерода и водяного пара, существенно отличался от метода Фойта. Каждый последующий год активных экспериментов приводил к новым разработкам, пока в 1902 году аппарат не был существенно модифицирован путем перехода от типа с открытым контуром к типу с замкнутым контуром Рено и Рейзе. Этот модифицированный аппарат был подробно описан в предыдущей публикации [3]. Калориметрические функции также претерпевали постепенные изменения, и, поскольку требовалась большая точность, стало очевидно, что проводить калориметрические исследования в подвале химической лаборатории нецелесообразно. При размещении четырех научных дисциплин в одном здании было практически невозможно выделить больше места для этих исследований. Кроме того, исследования продвинулись настолько, что стало желательным построить специальную лабораторию для проведения калориметрических и смежных исследований питания человека.

При проектировании этой лаборатории планировалось преодолеть трудности, возникшие в Мидлтауне в отношении контроля температуры и влажности в помещении, и, кроме того, хотя исследования до сих пор проводились одновременно с академическими обязанностями, представлялось абсолютно необходимым скорректировать график исследований так, чтобы экспериментаторы могли посвящать все свое время работе такого рода. Поскольку эти эксперименты часто длились от одного до десяти дней, их удовлетворительное проведение было несовместимо с напряженными академическими обязанностями.

По мере накопления данных по физиологии животных стало очевидно, что существуют большие возможности для изучения аномального метаболизма, и поэтому ограниченное количество патологического материала, доступного в Мидлтауне, потребовало строительства лаборатории в крупном центре.

Был проведен очень тщательный анализ возможных площадок в ряде городов, в результате чего лаборатория была построена на участке земли в Бостоне вблизи крупных больниц и медицинских школ. Также была использована возможность подключения к центральной электростанции для получения тепла, света, электричества и охлаждения, что избавило от необходимости в установке собственных котлов, а также электрического и холодильного оборудования. Библиотечные ресурсы крупного города также имели значение, и в нескольких минутах ходьбы от нынешнего местоположения находятся большинство крупных библиотек Бостона, в частности медицинские библиотеки и библиотеки медицинских школ.

Здание, общее описание которого появилось в Ежегоднике Института Карнеги в Вашингтоне за 1908 год, представляет собой простое кирпичное строение с отделкой из известняка Бедфорд. Оно состоит из трех этажей и подвала, и практически все пространство может быть использовано для научной работы. Подробности конструкции можно узнать, обратившись к первоначальному описанию здания. Здесь необходимо лишь отметить, что особой чертой нового здания, к которой относится этот отчет, является калориметрическая лаборатория, занимающая почти половину первого этажа в северной части здания.

СНОСКИ:

[1] Петтенкофер и Фойт: Ann. der Chem. u. Pharm. (1862-3), Supp. Bd. 2, p. 17.

[2] Этуотер, Вудс и Бенедикт: Отчет о предварительных исследованиях метаболизма азота и углерода в организме человека с помощью респирационного калориметра специальной конструкции, Министерство сельского хозяйства США, Бюллетень 44 Управления экспериментальных станций. (1897 г.)

[3] У. О. Этуотер и Ф. Г. Бенедикт: Респирационный калориметр с приспособлениями для прямого определения кислорода. Публикация Института Карнеги в Вашингтоне № 42. (1905 г.)

КАЛОРИМЕТРИЧЕСКАЯ ЛАБОРАТОРИЯ.

В помещение лаборатории можно попасть из главного холла через двойную дверь. Комната имеет длину 14,2 метра и ширину 10,1 метра и освещается с трех сторон 7 окнами. Поскольку комната выходит на север, температурные условия здесь гораздо более удовлетворительные, чем можно было бы получить при любой другой экспозиции. При строительстве здания удалось избежать использования колонн в этой комнате, так как они серьезно мешали бы установке калориметров и вспомогательной аппаратуры. В ожидании завершения строительства пяти калориметров, спроектированных для этой комнаты, был уложен временный деревянный пол, что обеспечило максимальную свободу при прокладке труб и электрической проводки под полом. По мере завершения строительства калориметров будет уложен постоянный пол с соответствующими закрытыми траншеями для труб. Комната достаточно освещена в дневное время, окна расположены очень высоко, с фрамугами сверху. В ночное время большое освещение обеспечивается ртутной лампой в центре комнаты, дополненной рядом хорошо расположенных ламп накаливания.

ОБЩИЙ ПЛАН КАЛОРИМЕТРИЧЕСКОЙ ЛАБОРАТОРИИ.

Общий план лаборатории и распределение калориметров и вспомогательной аппаратуры показаны на рис. 1. Двойные двери ведут из главного холла в комнату. В целом планируется проводить все химические и физические наблюдения как можно ближе к центру лаборатории, поэтому место для аппаратуры было зарезервировано через центр комнаты с юга на север. Калориметры расположены по обе стороны. Таким образом достигается наибольшая экономия пространства и наиболее выгодное расположение аппаратуры.

В настоящее время завершено строительство двух калориметров, один находится в стадии строительства, а два других запланированы. Предлагаемые калориметры должны быть размещены в местах, обозначенных пунктирными линиями. Из завершенных калориметров так называемый калориметр-кресло, который был построен первым, находится в середине западной стороны комнаты, а непосредственно к северу от него — калориметр-кровать, уже протестированный и находящийся в эксплуатации. На восточной стороне комнаты предполагается разместить большие калориметры: один для непрерывных экспериментов, длящихся несколько дней, а другой — достаточно большой, чтобы вместить несколько человек одновременно, и оснащенный аппаратурой и рабочими механизмами, требующими большего пространства, чем то, которое предоставляют любые другие калориметры. Рядом с калориметром-креслом в скором времени будет построен специальный калориметр с беговой дорожкой.

Теплоизоляция комнаты обеспечивается двойными окнами и массивной конструкцией дверей, помимо двойных дверей. При входе в комнату два калориметра находятся слева, и, как устроено в настоящее время, оба калориметра управляются с одной платформы, на которой расположен пульт наблюдателя с электрическими соединениями и мостами Уитстона для измерения температуры; над пультом наблюдателя и позади него находятся гальванометр и его кожух. Слева от платформы наблюдателя находятся платформенные весы, поддерживающие водяной счетчик, с пробковым клапаном и рукояткой, удобно расположенными для опорожнения счетчика. Система поглощения размещена на специальном столе, удобно расположенном по отношению к весам для взвешивания поглотителей. Большие весы, используемые для взвешивания кислородных баллонов, находятся прямо через центральный проход, а аналитические весы для взвешивания U-образных трубок для анализа остаточных газов — поблизости.

Fig. 1.—General plan of respiration calorimeter laboratory.

Fig. 2

General view of laboratory room taken near the main door. At the extreme right is the absorber table, and back of it the bed calorimeter. In the immediate foreground is shown the balance for weighing absorbers. A sulphuric acid absorber is suspended on the left hand arm of the balance. At the left is the observer's table and back of it the chair calorimeter with a large balance above for weighing subjects. On the floor, to the left, is the water meter for weighing water used to bring away heat.

Fig. 3

General view of laboratory taken near the refrigeration room. The observer's table is in the immediate foreground with water balance at the left, and chair calorimeter with balance for weighing man at the extreme left. At the right of the observer's table is the absorption system table, and on the wall in the rear the temperature recorder. At the right is shown the balance for weighing absorbers, and back of that the case surrounding the balance for weighing oxygen.

Fig. 4

General view of laboratory taken near the temperature recorder. The bed calorimeter is at the right, the absorber table in the immediate foreground, back of it the chair calorimeter and observer's table, and at the left the balance for weighing absorbers. Near the ceiling are shown the ducts for the cold air used for temperature control.

Fig. 5

View of laboratory taken from the entrance of the bed calorimeter, with balance for weighing oxygen cylinders at the left. The structural steel skeleton of the calorimeter for long experiments is at the right and sections of the copper lining are in the rear, resting against the wall.

Еще один вид лаборатории, снятый у двери, ведущей в холодильную комнату, показан на рис. 3. Справа видны весы, используемые для взвешивания поглотителей, а позади них, не полностью показанный, — футляр, окружающий весы для взвешивания кислородных баллонов. На стене, сзади, находится регистрирующая аппаратура для термометров электрического сопротивления в водяном контуре, деталь которой показана на рис. 23. На переднем плане в центре виден пульт наблюдателя; справа от него показан стол для системы поглощения, а слева — калориметр-кресло с весами для взвешивания испытуемых над ним. Ртутная лампа, используемая для освещения комнаты, находится непосредственно над весами для взвешивания поглотителей.

Fig. 6.—Plan of heating and ventilating calorimeter laboratory, showing general plan of circulation of the special cooling system and the position of the thermostats and radiators which they control. The two small diagrams are cross-sections of brine and heating coils.

Калориметр-кровать и стол системы поглощения лучше показаны на рис. 4, общем виде лаборатории, снятом у регистратора температуры. На переднем плане находится стол для системы поглощения, а за ним — пульт наблюдателя и калориметр-кресло. Справа показан калориметр-кровать со снятой передней частью и резиновые шланговые соединения, идущие от стола поглотителей к калориметру-кровати. На крайнем левом плане — весы для взвешивания поглотителей. Над калориметром-креслом можно увидеть весы для взвешивания испытуемого, а справа от них — гальванометр, подвешенный к потолку.

На момент написания статьи западная сторона лаборатории содержит большую часть аппаратуры. На восточной стороне находятся только весы для взвешивания кислородных баллонов и незавершенный [4] большой калориметр, который будет использоваться для экспериментов длительной продолжительности. Вид, снятый у переднего конца калориметра-кровати, показан на рис. 5. Справа четко виден структурный скелет большого калориметра. Некоторые медные секции, которые будут использованы при создании облицовки калориметра, можно увидеть у стены сзади.

Слева показаны весы для взвешивания кислородных баллонов с противовесом. Резервный кислородный баллон стоит непосредственно перед ними. Большой калориметр, смоделированный отчасти по плану аппарата Зондена и Тигерштедта в Стокгольме и Гельсингфорсе, планируется построить непосредственно за весами для взвешивания кислородных баллонов.

ОТОПЛЕНИЕ И ВЕНТИЛЯЦИЯ.

Особый интерес в связи с этой калориметрической лабораторией представляют планы по поддержанию постоянной температуры и влажности (рис. 6). Комната отапливается пятью паровыми радиаторами (каждый с площадью излучающей поверхности около 47 квадратных футов), расположенными вдоль внешней стены, которые управляются двумя подвесными термостатами. Предусмотрено определенное количество непрямой вентиляции, как показано стрелками на внутренней стене. Комната охлаждается, а влажность регулируется системой охлаждения, установленной в соседней комнате. Этот аппарат представляет особый интерес и будет описан подробно.

В небольшой комнате, показанной с южной стороны лаборатории, установлен мощный электрический вентилятор, который забирает воздух из-под пола калориметрической лаборатории, прогоняет его через рассольные змеевики и направляет в большой воздуховод, подвешенный к потолку лаборатории. Этот воздуховод имеет ряд отверстий, каждое из которых может регулироваться клапаном, и неограниченный запас холодного воздуха может быть направлен в любую часть калориметрической комнаты по желанию. Для обеспечения более непрерывной работы и более точного контроля температуры в воздуховоде был установлен термостат, сконструированный таким образом, чтобы управлять некоторыми подогревательными змеевиками под рассольными змеевиками в холодильной комнате. Этот термостат установлен на 60° F, и когда температура воздуха в воздуховоде падает ниже этой точки, система подогрева автоматически открывается или закрывается. Термостат можно установить в любую желаемую точку. До настоящего времени не было необходимости использовать это специальное приспособление, так как ручное регулирование было вполне удовлетворительным.

Два вертикальных сечения через охлаждающие змеевики показаны на рис. 6. Сечение A-B показывает вход возле пола калориметрической комнаты. Воздух затягивается вниз через змеевики, проходит через воздуходувку и нагнетается обратно к верхней части калориметрической комнаты в большой воздуховод. Если требуется наружный воздух, к системе можно подключить специальный воздуховод для подачи наружного воздуха в камеру. Это пока не использовалось. Сечение C-D показывает вентилятор и дает сечение через подогреватель. Рассольные змеевики длиной 400 метров установлены в трех экземплярах. Если один комплект покрывается влагой и становится несколько неэффективным, его можно отключить и использовать два других. Когда замерзшая влага тает и опадает, можно снова использовать одиночный змеевик. Было обнаружено, что установленная таким образом система очень легко поддается контролю.

Степень охлаждения варьируется двумя способами: (1) площадь рассольных змеевиков может быть увеличена или уменьшена путем использования одного, двух или всех трех змеевиков; или (2) количество воздуха, проходящего через охлаждающие трубы, может быть изменено путем изменения скорости воздуходувки. На практике практически все регулирование осуществляется путем изменения положения управляющего рычага на регулировочном реостате. Аппарат функционирует идеально, и в калориметрической комнате можно поддерживать температуру 20° C изо дня в день, независимо от того, составляет ли температура снаружи 40° ниже или 100° выше 0° F.

Можно также видеть, что эта система обеспечивает очень удовлетворительное регулирование влажности, так как при прохождении воздуха через рассольные змеевики влага в значительной степени вымораживается. До сих пор гигрометрических исследований состояния воздуха в течение длительного периода не проводилось, но аппарат достаточно эффективен, чтобы обеспечить тщательную электрическую изоляцию и отсутствие утечек в сложных электрических соединениях на калориметрах.

В калориметрах используются термоэлектрические элементы с их низким потенциалом и гальванометр Д'Арсонваля с высокой чувствительностью, а в непосредственной близости необходимо использовать ток 110 вольт для нагрева, следовательно, необходима высочайшая степень изоляции для предотвращения мешающей утечки тока.

Лаборатория респирационных калориметров настолько велика, количество помощников в комнате в любое время (относительно говоря) настолько мало, редко превышая десять человек, а влажность и температура настолько тщательно контролируются, что до сих пор не было никакой необходимости использовать даже относительно небольшое количество непрямой вентиляции, предусмотренной в первоначальных планах.

В течение большей части зимы необходимо использовать только один из термостатов, а радиаторы, подключенные к другому, можно отключить, поскольку каждый радиатор может быть независимо закрыт клапанами на подаче и обратке пара, которые проходят через пол в подвал. Контроль температуры в этой комнате поэтому очень удовлетворительный и экономичный.

Здесь нет необходимости вдаваться в преимущества контроля температуры рабочих помещений в летние месяцы. Все, кажется, полностью убеждены в том, что необходимо отапливать помещения зимой, но наш опыт до сих пор показал, что не менее важно охлаждать лабораторию и контролировать температуру и влажность в летние месяцы, так как этим средством значительно повышаются как эффективность, так и выносливость помощников, не говоря уже о точности научных измерений. Трудоемкие научные наблюдения, которые были бы совершенно невозможны в комнате без контроля температуры, могут проводиться в этой комнате в самую жаркую погоду.

СНОСКИ:

[4] На момент сдачи этого отчета в печать этот калориметр близок к завершению.

КАЛОРИМЕТР.

При описании этого аппарата, ради ясности, калориметрические особенности будут рассмотрены до приспособлений для определения продуктов дыхания.

ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ АППАРАТА.

Измерения тепла, выделяемого человеком, производимые этим аппаратом, основаны на том факте, что испытуемый помещается в теплоизолированную камеру, через которую постоянно проходит поток холодной воды. Количество воды, поток которой для точности поддерживается с постоянной скоростью, тщательно взвешивается. Температуры воды, входящей в камеру и выходящей из нее, точно регистрируются через частые промежутки времени. Стенки камеры поддерживаются адиабатическими, что предотвращает получение или потерю тепла путем произвольного нагрева или охлаждения внешних металлических стенок, а отвод тепла водяным потоком контролируется путем изменения температуры входящей воды таким образом, что тепло, отводимое от калориметра, по количеству точно равно теплу, выделяемому испытуемым путем излучения и теплопроводности, тем самым поддерживая постоянную температуру внутри камеры. Скрытая теплота испаренной воды определяется путем прямого измерения воды в виде пара в вентиляционном потоке воздуха.

При создании новых калориметров было сделано дальнейшее и фундаментальное изменение в конструкции, заключающееся в том, что все термопары, нагревательные провода и охлаждающие трубы были прикреплены непосредственно к цинковой стенке калориметра, оставляя внешние изоляционные панели свободными от препятствий, так что их можно легко снять и практически все части осмотреть в любое время без необходимости полной разборки аппарата. Такое расположение возможно, за исключением тех случаев, когда соединения проходят насквозь изнутри камеры наружу, а именно: отверстие для подачи пищи, воздушные трубы, водяные трубы, электрические соединения и трубки для соединений с пневмографом и стетоскопом; но аппарат устроен так, чтобы все эти отверстия находились в одной части калориметра. Поэтому возможно снять все внешние секции калориметра, за исключением панелей на восточной стороне.

Это фундаментальное изменение в конструкции оказалось весьма выгодным. Оно устраняет необходимость выкатывать калориметр из его защитного изоляционного корпуса и минимизирует задержки и расходы, связанные с ремонтом или модификациями. Поскольку калориметр теперь сконструирован, можно добраться до всех его частей снаружи, за исключением одной небольшой фиксированной панели, через которую проходят вышеупомянутые соединения. Эта панель, однако, сделана как можно более узкой, так что практически все изменения можно сделать, сняв соседние панели.

КАЛОРИМЕТРИЧЕСКАЯ КАМЕРА.

Fig. 7.—Horizontal cross-section of chair calorimeter, showing cross-section of copper wall at A, zinc wall at B, hair-felt at E, and asbestos outer wall at F; also cross-section of all upright channels in the steel construction. At the right is the location of the ingoing and outgoing water and the thermometers. At C is shown the food aperture, and D is a gasket separating the two parts. The ingoing and outcoming air-pipes are shown at the right inside the copper wall. The telephone is shown at the left, and in the center of the drawing is the chair with its foot-rest, G. In dotted line is shown the opening where the man enters.

Fig. 8.—Vertical cross-section of chair calorimeter, showing part of rear of calorimeter and structural-steel frame. N, cross-section of bottom horizontal channel supporting asbestos floor J; H, H, upright channels (at the right is a side upright channel and to the left of this is an upright rear channel); M horizontal 8-inch channel supporting calorimeter; Zn, zinc wall; Cu, copper wall; J, insulating asbestos.

Респирационная камера, использовавшаяся в Мидлтауне, штат Коннектикут, была спроектирована так, чтобы обеспечить наибольшую широту в характере проводимых с ней экспериментов. В результате по прошествии ряда лет экспериментирования было обнаружено, что камера такого размера несколько маловата для наиболее удовлетворительных экспериментов во время мышечной работы и, с другой стороны, несколько великовата для наилучших результатов во время так называемых экспериментов в покое. В более ранних экспериментах, где не предпринималось попыток определить потребление кислорода, эти недостатки были не столь очевидны, так как диоксид углерода можно было определить с очень большой точностью; но при попытках измерить кислород было обнаружено, что большой объем остаточного воздуха внутри камеры, составляющий около 4500 литров, делает возможными весьма значительные ошибки в этом определении, так как, очевидно, испытуемый мог использовать кислород, остающийся в воздухе камеры, почти 1000 литров, так же как и кислород, поступающий из внешних источников. Результатом было то, что необходимо было часто проводить очень тщательный анализ остаточного воздуха, чтобы гарантировать, что увеличение или уменьшение количества кислорода, остающегося в воздухе камеры, было точно известно в конце каждого периода. Анализ этого большого объема воздуха можно было провести с достаточной точностью, но для расчета точного общего количества кислорода, остающегося в воздухе, необходимо было знать общий объем воздуха внутри камеры при стандартных условиях. Это, следовательно, требовало тщательного измерения температуры и давления, и хотя барометрическое давление можно было измерить с высокой степенью точности, оказалось очень трудно точно определить среднюю температуру такой большой массы воздуха. Трудности, сопровождающие это измерение, и эксперименты по этому вопросу подробно обсуждаются в другом месте [5]. Следовательно, в результате этого опыта при планировании калориметров для Лаборатории питания было решено спроектировать их для специальных типов экспериментов. Первым калориметром, который предстояло построить, был тот, который нашел бы общее применение в экспериментах в состоянии покоя и, действительно, в экспериментах с испытуемым, спокойно сидящим в кресле.

Fig. 9.—Vertical cross-section of chair calorimeter from front to back, showing structural steel supporting the calorimeter and the large balance above for weighing the subject inside the calorimeter. The chair, method of suspension, and apparatus for raising and lowering are shown. Part of the heat-absorbers is shown, and their general direction. The ingoing and outgoing air-pipes and direction of ventilation are also indicated. The positions of the food-aperture and wire mat and asbestos support are seen. Surrounding the calorimeter are the asbestos outside and hair-felt lining.

Вполне можно спросить, почему первый калориметр не был построен такого типа, который позволил бы испытуемому принять положение на кушетке или диване, подобно тому, как это используется Зунцем и его сотрудниками в их исследовании дыхательного газообмена, или положение полного мышечного покоя, введенное Йоханссоном и его сотрудниками. Хотя положения тела, поддерживаемые Зунцем и Йоханссоном, могут быть лучшими положениями для экспериментов короткой продолжительности, было обнаружено в результате большого числа экспериментов, что испытуемые могут чувствовать себя более комфортно и спокойно в течение периодов от 6 до 8 часов, сидя, слегка наклонившись, в удобном кресле, снабженном подставкой для ног. С учетом этого первый калориметр был сконструирован так, чтобы вместить кресло с подставкой для ног, отрегулированной таким образом, чтобы воздушное пространство между телом испытуемого и стенками камеры можно было сократить до минимума и тем самым повысить точность определения кислорода. То, что объем был очень существенно уменьшен, можно увидеть из того факта, что общий объем первого описываемого калориметра составляет менее 1400 литров, или около одной трети объема аппарата в Мидлтауне.

ОБЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ.

Горизонтальное сечение аппарата показано на рис. 7, а вертикальное сечение, обращенное к передней части, приведено на рис. 8. Другие детали конструкционной стали видны на рис. 9.

При создании новых камер более ранняя деревянная конструкция с ее склонностью к короблению и общей нежесткостью была заменена использованием конструкционной стали, и поэтому в этом калориметре не используется дерево, за исключением дерева кресла.

Чтобы избежать колебаний температуры из-за возможной локальной стратификации воздуха в лаборатории, калориметр сконструирован так, чтобы быть практически подвешенным в воздухе, при этом имеется большое воздушное пространство около 76 сантиметров между самой нижней точкой калориметра и полом, а верх калориметра находится примерно на 212 сантиметров ниже потолка комнаты. Четыре вертикальных швеллера из конструкционной стали (4 дюйма) были приболчены через пол для обеспечения большой жесткости и связаны вместе сверху конструкционной сталью. В качестве твердого основания для калориметрической камеры два 3-дюймовых швеллера были размещены параллельно друг другу на расстоянии 70 сантиметров от пола, соединенные с этими стойками. На этих двух 3-дюймовых швеллерах был построен калориметр в собственном смысле слова. Сталь, используемая по большей части в скелете аппарата, представляет собой стандартный 2,5-дюймовый швеллер. Этот стальной каркас и его опора показаны на рис. 10 до того, как какая-либо медная облицовка была установлена на место. Основные 4-дюймовые швеллеры, на которых поддерживается калориметр, тяги и талрепы, анкерующие каркас к потолку, двутавровая конструкция наверху, на которой впоследствии устанавливаются большие весы для взвешивания человека, серия небольших швеллеров, установленных на ребро, на которых уложен асбестовый пол, и вертикальный ряд ребер из швеллеров — все это четко показано.

Fig. 10

Photograph of framework of chair calorimeter. In the photograph are shown four upright channels and the channels at the top for supporting the calorimeter. The smaller upright 2-1/2 inch channels and angles are shown inside of this frame. In the lower part of the figure is seen the asbestos board for the bottom of the calorimeter and underneath this a sheet of zinc.

Fig. 11

Photograph of portion of framework and copper shell. The finished copper shell is seen in position with some of the thermal junction thimbles soldered into it. A portion of the food aperture and the four brass ferrules for conducting the water pipes and air pipes are shown. A section of the zinc outside is shown in the lower part of the figure.

Фотография, сделанная впоследствии и показывающая внутреннюю медную облицовку на месте, приведена на рис. 11.

Пол камеры поддерживается 7 кусками 2,5-дюймового швеллера (N, N, N, рис. 8), уложенными сверху и приболченными к двум 3-дюймовым швеллерам (M, рис. 8). Поверх них помещен лист так называемого асбестового дерева (J', рис. 8) толщиной 9,5 миллиметра, вырезанный точно по размеру дна камеры. Вертикальные 2,5-дюймовые швеллеры (H, рис. 8) приболчены к двум внешним швеллерам на дне и к концам трех длинных швеллеров между ними таким образом, чтобы сформировать скелет стенок. Верхние концы этих швеллеров скреплены вместе кусками труб (P, P, P, рис. 8) с контргайками с обеих сторон, тем самым удерживая весь каркас в положении.

Двутавровые балки и швеллеры, используемые для связывания четырех вертикальных швеллеров наверху, образуют прочную платформу, на которой установлены большие весы (рис. 9). Эта платформа анкерована к потолку в четырех точках с помощью тяг и талрепов, показанных на рис. 4. Весь аппарат, следовательно, чрезвычайно жесткий, и весы качаются свободно.

Верх камеры несколько ограничен возле краев (рис. 8), и два отрезка 2,5-дюймового швеллера поддерживают стороны отверстия, через которое испытуемый входит сверху (рис. 7).

Как передний, так и задний нижние швеллеры, на которых покоится дно, расширены, чтобы обеспечить опоры для внешних стенок из асбестового дерева, которые служат для изоляции калориметра. Между швеллерами под полом калориметра и 3-дюймовыми швеллерами помещен лист цинка, который образует внешнюю нижнюю металлическую стенку камеры.

Чтобы предотвратить теплопроводность через конструкционную сталь, любой контакт между внутренней медной стенкой и сталью исключается путем размещения полос асбестового дерева между сталью и медью. Они показаны как J на рис. 8 и рис. 12. Лист асбестового дерева под медным дном также служит этой цели, а также служит для создания твердого фундамента для пола. Опорные швеллеры расположены достаточно близко друг к другу, чтобы полностью усилить лист асбестового дерева и позволить ему твердо поддерживать вес человека. Дополнительная нагрузка на пол из-за откидывания кресла назад и, таким образом, переноса всего веса на две точки была принята во внимание при планировании асбеста и усиления стальными швеллерами. Все это образует очень удовлетворительный пол.

Конструкция стенок и изоляция. — Внутренняя стенка камеры состоит из меди, предпочтительно луженой с обеих сторон, что облегчает пайку, а луженая внутренняя поверхность делает камеру несколько светлее. С завода получаются листы особо большого размера, что сводит к минимуму количество швов для пайки, а швы герметизировать удается только с трудом. Медь стандартного калибра, так называемая 14-унцевая медь, весит 1,1 фунта на квадратный фут или 5,5 килограмма на квадратный метр. Она имеет толщину 0,5 миллиметра. Весь интерьер скелетного каркаса из конструкционной стали облицован этими листами; рис. 11 показывает медную оболочку на месте.

Для внешней металлической стенки используется цинк как менее дорогой металл. Один лист этого материала, перфорированный отверстиями для крепления болтов и других приспособлений, показан на месте снаружи стенки на рис. 11. Листовой цинк пола, очевидно, устанавливается на место до того, как укладываются швеллеры, на которых он покоится. Цинк получается стандартного размера и является так называемым 9-унцевым цинком, или 0,7 фунта на квадратный фут, или 3,5 килограмма на квадратный метр. Лист имеет толщину 0,5 миллиметра.

Fig. 12.—Cross-section in detail of walls of calorimeter, showing zinc and copper walls and asbestos outside (A); hair-felt lining (B); cross-section of channel iron (H); brass washer soldered to copper (K); asbestos insulation between channel iron and copper (J); bolt holding the whole together (I); heating wire (W) and insulator holding it (F) shown in air-space between zinc and hair-felt; section of one of the cooling pipes (C) and its brass support (G); threaded rod (E) fastened into H at one end and passing through asbestos wall with a nut on the outside; and iron pipe (D) used as spacer between asbestos and zinc.

На поперечном сечении, рис. 7, A представляет медную стенку, а B — цинковую стенку. Окружая эту цинковую стенку и обеспечивая воздушную изоляцию, находится серия панелей, сконструированных из асбестового дерева, очень огнестойкого, жесткого и легкого. Асбестовое дерево, используемое для этих внешних панелей, имеет толщину 6,4 миллиметра (0,25 дюйма). Чтобы еще больше помочь в теплоизоляции, мы приклеили к внутренней стороне различных панелей запатентованный материал, состоящий из двух слоев оберточной бумаги, заключающих в себе полдюйма волосяного войлока. Этот материал обычно используется при строительстве холодильников. Это показано как E на рис. 7, в то время как внешние асбестовые панели показаны как F.

Деталь конструкции стенок, показывающая в дополнение нагревательные и охлаждающие устройства, приведена на рис. 12, в котором медь показана прочно удерживаемой на вертикальном швеллере H с помощью болта I, ввинчивающегося в латунный или медный диск K, припаянный к медной стенке. Болт I служит цели удержания меди на вертикальном швеллере, а также с помощью шайбы под головкой винта удерживает цинк на швеллере. Чтобы удержать панель из асбестового дерева A с подкладкой из волосяного войлока B, резьбовой стержень E ввинчивается в резьбовое отверстие во внешней части вертикального швеллера H. Небольшой кусок латунной или железной трубки, нарезанный до нужной длины, надевается на этот стержень, и асбестовое дерево удерживается на месте шестигранной гайкой с шайбой на резьбовом стержне E. Таким образом достигается большая жесткость конструкции, и у нас есть два воздушных пространства, соответствующих мертвым воздушным пространствам, указанным на рис. 7, первое между медью и цинком, а второе между цинком и волосяным войлоком.

ПРЕДОТВРАЩЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ.

Как можно видеть из этих чертежей, вся конструкция аппарата в большей или меньшей степени относится к типу холодильника, т. е. имеется мало возможностей для излучения или теплопроводности. Такую конструкцию можно было бы умножить несколько раз, получив большее количество изоляционных стенок и, возможно, сведя излучение к минимуму, но для экстремальной точности в калориметрических исследованиях необходимо обеспечить отсутствие излучения, и поэтому мы сохранили остроумное устройство Розы, с помощью которого предпринимается попытка произвольно изменить температуру цинковой стенки так, чтобы она всегда следовала за любыми колебаниями температуры медной стенки. Для этой цели необходимо знать, во-первых, что существует разница температур между цинком и медью, и, во-вторых, иметь какой-то метод контроля температуры цинка. Оставив на момент вопрос измерения разностей температур между цинком и медью, мы можем рассмотреть здесь методы контроля температуры цинковой стенки.

Если обнаруживается необходимость согреть цинковую стенку, ток электричества пропускается через провод сопротивления W, рис. 12. Этот провод поддерживается приблизительно посередине воздушного пространства между цинковой стенкой и волосяным войлоком путем намотки его вокруг обычного фарфорового изолятора F, удерживаемого на месте резьбовым стержнем, ввинченным в латунный диск, припаянный к цинковой стенке. Гайка на конце резьбового стержня удерживает изолятор на месте. Много трудностей было при поиске провода сопротивления, который в то же время обеспечивал бы достаточно высокое сопротивление и не кристаллизовался бы, не становился бы хрупким и не ржавел бы. В настоящее время наилучшие результаты были получены при использовании эмалированного манганинового провода. Используемый провод — № 28 по американскому калибру проводов и имеет сопротивление приблизительно 1,54 ома на фут. Общее количество провода, используемого в любой одной цепи, равно сопротивлению приблизительно 92 ома. Этот метод согревания воздушного пространства оставляет желать очень малого. Он может быть мгновенно применен и может регулироваться с величайшей легкостью и с величайшей степенью точности.

Если, с другой стороны, становится необходимым охладить воздушное пространство рядом с цинком и, в свою очередь, охладить цинк, мы должны прибегнуть к использованию холодной воды, которой позволяют течь через трубу C, подвешенную в воздушном пространстве между цинком и волосяным войлоком на приблизительно таком же расстоянии, как и нагревательный провод. Поддержка этих труб осуществляется путем помещения их в латунные подвески G, припаянные к цинку и снабженные отверстием, в котором покоится труба.

В ранних экспериментах было найдено непрактичным использовать трубы очень малого размера, так как в противном случае легко могла произойти закупорка в результате осадка. Трубой, найденной наиболее приспособленной к цели, была так называемая стандартная одна-восьмая дюймовая латунная труба с фактическим внутренним диаметром 7 миллиметров. Открытие клапана позволяло холодной воде течь через эту трубу, и значительная масса воды, проходящая через нее, производила очень заметный охлаждающий эффект. В попытке минимизировать охлаждающий эффект массы воды, остающейся в трубе, было предусмотрено позволить воде стекать из этой трубы через несколько мгновений после закрытия клапана с помощью системы обратных клапанов. При строительстве нового аппарата было использовано обслуживание сжатым воздухом в лаборатории для удаления большой массы холодной воды в трубе. Как только водяной клапан был закрыт и воздушный кран открыт, сжатый воздух выдувал всю воду из трубки.

Fig. 13.—Detail of drop-eight feed-valve and arrangement of outside cooling circuit. The water enters at A, and the flow is regulated by the needle-valve at left-hand side. Rate of flow can be seen at end of exit tube just above the union. The water flows out at C and compressed air is admitted at B, regulated by the pet-cock.

Наилучшие результаты были получены, однако, с совершенно новым принципом, а именно: несколько капель воды постоянно позволяют проходить в трубу, вместе с постоянным потоком сжатого воздуха. Эта холодная вода принудительно продувается через трубу, тем самым охлаждая до количества, регулируемого количеством допущенной воды. Более того, относительно сухой воздух испаряет часть воды, тем самым производя несколько больший охлаждающий эффект. Регулируя поток воды через трубу, можно получить непрерывный охлаждающий эффект умеренной степени. В то время как раньше воздух в пространстве рядом с цинковой стенкой либо охлаждался, либо нагревался попеременно путем открытия водяного клапана или путем пропускания тока через нагревательную спираль, в настоящее время найдено гораздо более выгодным позволять медленный поток воздуха и воды через трубы непрерывно, тем самым имея воздушное пространство нормально несколько более холодным, чем желательно. Эффект этого охлаждения, следовательно, затем уравновешивается путем пропускания электрического тока различной силы через нагревательный провод. При этой манипуляции нет необходимости, чтобы наблюдатель манипулировал более чем одним инструментом, а именно реостатом, в то время как раньше он должен был манипулировать клапанами, кранами сжатого воздуха и реостатом. Расположение для обеспечения количества сжатого воздуха и воды показано на рис. 13, в котором видно, что небольшой капельный регулирующий клапан прикреплен к трубе C, ведущей в мертвое воздушное пространство, окружающее калориметрическую камеру. Сжатый воздух входит в B, и количество входящего воздуха может регулироваться пробковым краном. Количество допущенной воды легко наблюдается через смотровой регулирующий клапан. Будучи однажды отрегулированным, эта форма аппарата производит относительно постоянный охлаждающий эффект и значительно облегчает манипуляцию калориметрическим аппаратом в целом.

ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ.

Чтобы обнаружить разницы в температуре между медной и цинковой стенками, необходима какая-то система для измерения разностей температур между этими стенками. Для этой цели мы не нашли ничего, что было бы столь же практичным, как система железо-герман-серебряных термоэлектрических элементов, первоначально введенная в этот тип калориметра Э. Б. Розой из Национального бюро стандартов, бывшим профессором физики в Уэслианском университете. В этих калориметрах, следовательно, был применен тот же принцип, и здесь необходимо лишь дать детали таких изменений в конструкции элементов, их монтаже и их изоляции, которые были сделаны в результате опыта при строительстве этих калориметров. Элемент, состоящий из четырех пар соединений, показан на месте как T-J на рис. 25.

Одной постоянно присутствующей трудностью со старой формой элемента была тенденция проводов из германского серебра выскальзывать из пазов, в которые они были энергично втиснуты в катушке из твердого клена. Выскальзывая из пазов, они входили в контакт с металлическим наперстком в цинковой стенке и тем самым производили заземление. При создании новых элементов четыре пары железо-герман-серебряных термопар были сделаны по существу по тому же плану, что и описанный ранее [6], единственная модификация была сделана в катушке. В то время как концы соединений, ближайшие к меди, подвергаются воздействию воздуха, чтобы наиболее быстро принять температуру меди, несколько трудно подвергнуть воздействию концы соединений, ближайшие к цинку, и в то же время избежать короткого замыкания. Лучшая процедура — это удлинить катушку из твердого клена, которая проходит насквозь через наконечник в цинковой стенке, и вырезать широкий паз в катушке, чтобы подвергнуть соединения воздействию воздуха ближе всего к наконечнику. Поступая так, опасность для незащищенных концов соединений гораздо меньше. Два выводных провода из германского серебра могут быть проведены через конец катушки и тем самым позволить сделать изоляцию гораздо более удовлетворительно. В этих калориметрах было сделано свободное использование этих термопар. В калориметре-кресле имеется на верху 16 элементов, состоящих из четырех соединений каждый, на задней части 18, на передней 8 и на дне 13. Распределение элементов сделано с должным вниманием к направлению, в котором тепло наиболее непосредственно излучается и проводится с поверхности тела.

Хотя оригинальные железо-герман-серебряные соединения были сохранены в двух из этих калориметров по практической причине, что большое количество этих элементов было сконструировано заранее, мы полагаем, что будет более выгодным использовать медно-константановую пару, которая имеет термоэлектрическую силу 40 микровольт на градус против 25 у железо-герман-серебряной пары. Планируется установить медно-константановые соединения в калориметрах, которые сейчас строятся.

ВНУТРЕННЕЕ УСТРОЙСТВО КАЛОРИМЕТРА.

Поскольку эксперименты, проводимые в этой камере, редко превышают 6–8 часов, не предусмотрена установка койки или других удобств, необходимых для длительных исследований. Помимо кресла с подставкой для ног, подвешенной к весам, внутри камеры практически нет мебели; оснащение дополняют одна или две полки, обычно прикрепленные к креслу, для размещения бутылей с мочой и питьевой водой. Конструкция калориметра такова, что объем воздуха вокруг испытуемого сведен к минимуму, при этом обеспечена достаточная свобода движений для его комфортного пребывания. Общее представление о расположении труб, кресла, телефона и т. д. внутри камеры можно получить из рис. 7 и 9. Система теплопоглотителей крепится к кольцам, припаянным к потолку в различных точках. Впускная воздушная труба подведена к верхней части центрального купола, в то время как воздух выводится из калориметра в нижней передней части, рядом с положением ног испытуемого. Оттуда он проходит по трубе вдоль пола и вверх по задней стенке калориметра к выходу.

При идеальной теплоизоляции теплопродукция человека быстро повысила бы температуру до некомфортного уровня, если бы не были предусмотрены меры по ее отводу. Поэтому необходимо охлаждать камеру, и, как было отмечено, охлаждение осуществляется путем пропускания потока холодной воды через теплопоглощающий аппарат, стационарно установленный внутри камеры. Теплопоглотитель состоит из непрерывной медной трубы с внутренним диаметром 6 миллиметров и внешним диаметром 10 миллиметров. Вдоль этой трубы припаяно большое количество медных дисков диаметром 5 сантиметров на расстоянии 5 миллиметров друг от друга. Это значительно увеличивает площадь поглощения тепла. Чтобы систему поглотителей можно было в любое время снять, дополнить или отремонтировать, необходимо в нескольких местах установить муфты. Обычно это делается в углах, где крепление дисков нецелесообразно. Общая длина теплопоглотителей составляет 5,6 метра, и грубый расчет показывает, что общая площадь металла для поглощения тепла составляет 4,7 квадратных метра. Общий объем воды в поглотителях равен 254 кубическим сантиметрам.

Оказалось целесообразным установить простое устройство для перемешивания воды в контуре водяного охлаждения непосредственно перед выходом воды из камеры. Этот смеситель воды состоит из отрезка стандартной 1-дюймовой трубы длиной 15 сантиметров с заглушками на обоих концах. Через каждую из этих заглушек проходит отрезок 1/8-дюймовой трубы, который доходит почти до всей длины смесителя. Таким образом, вода, поступающая в один конец, возвращается внутри 1-дюймовой трубы и выходит с другого конца. Это простое устройство обеспечивает тщательное перемешивание.

Воздушные трубы изготовлены из тонкой латуни с внутренним диаметром 1 дюйм. Одна из них проводит воздух от впускной трубы вверх в верхнюю часть центрального купола или колпака непосредственно над головой испытуемого. Таким образом, воздух поступает в камеру через трубу, проходящую вдоль верхней части купола. На верхней стороне этой трубы просверлен ряд отверстий, чтобы поток воздуха был направлен вверх, а не вниз на голову испытуемого. При такой компоновке не возникает проблем с неприятными сквозняками, и, хотя воздух поступает в камеру через эту трубу абсолютно сухим, нет ощущения чрезмерной сухости при вдыхании через ноздри, а поглощение влаги с кожи лица, головы или шеи недостаточно велико, чтобы вызвать неприятное чувство холода. Другая воздушная труба, как было предложено, принимает воздух из камеры в нижней передней части и проходит вокруг задней стенки к точке, где внешняя воздушная труба выходит из камеры.

Камера освещается через небольшую стеклянную дверцу в проеме для подачи пищи. Это так называемый «иллюминатор», используемый на судах. Через это стекло проходит достаточно света, чтобы испытуемый мог без труда видеть внутри калориметра, и большинство испытуемых могут комфортно читать. Если снаружи окна поместить электрический свет, освещение становится очень удовлетворительным, и повторные испытания показали, что при размещении 32-свечевой электрической лампы на расстоянии 0,5 метра от проема для пищи снаружи через окно не проходит измеримое количество тепла. В последнее время мы организовали освещение непосредственно внутри камеры с помощью небольшой вольфрамовой электрической лампы, подключенной к аккумуляторной батарее вне камеры. Эта лампа снабжена мощным зеркалом и стеклянным абажуром, поэтому свет в камере очень яркий и пригоден для чтения. Однако необходимо вносить поправку на выделяемое тепло, составляющую обычно около 3 калорий в час.

С помощью ручного микрофона и приемника испытуемый может по желанию общаться с наблюдателями снаружи. Кнопка и электрический звонок позволяют ему вызвать наблюдателей в любое время.

КОНТУР ТЕПЛОПОГЛОЩЕНИЯ.

Для отвода тепла, выделяемого испытуемым, крайне желательно обеспечить постоянный поток воды равномерной температуры. Прямое подключение к городскому водопроводу нецелесообразно из-за колебаний давления, поэтому при строительстве лабораторного корпуса было предусмотрено устройство большого резервуара на верхнем этаже, питаемого через поплавковый клапан. Благодаря этому уровень воды в резервуаре поддерживается постоянным, а давление, следовательно, остается стабильным. Поскольку уровень воды в резервуаре находится примерно на 9 метров выше отверстия в калориметре, давления вполне достаточно для всех целей.

Fig. 14.—Schematic diagram of water circuit for heat-absorbers of calorimeter. A, constant-level tank from which water descends to main pipe supplying heat-absorbers; a, valve for controlling supply from tank A; B, section of piping passing into cold brine; b, valve controlling water direct from large tank A; c, valve controlling amount of water from cooling section B; C, thermometer at mixer; D, electric heater for ingoing water; E, thermometer for ingoing water; d d d, heat-absorbers inside calorimeter; F, thermometer indicating temperature of outcoming water; G, can for collecting water from calorimeter; f, valve for emptying G.