Esta pesquisa foi financiada em parte por um Conselho Consultivo de Pesquisa da Universidade de Connecticut, Faculty Large Grant, para M. Rubega. K. Burgio foi apoiado na Fundação Nacional de Ciência NRT- IGE #1545458 de bolsas para M. Rubega. O manuscrito foi significativamente melhorado pelo feedback atencioso de dois revisores anônimos.

Este trabalho não envolveu nenhum trabalho com animais vivos e, portanto, foi isento de revisão de cuidados com animais.
1. Configuração e materiais (Figura 1)
<ol><li>Se as peles planas da espécie de interesse não estiverem disponíveis, use o protocolo29 da Spaw para criar peles de espécimes frescos ou congelados. Preen penas em uma posição limpa, natural e seca para obter um peso constante antes de prosseguir com as medidas.</li>
	<li>Configure um banho de água quente de temperatura constante. NOTA: Esta configuração é bastante alta, por isso é mais fácil colocar o banho de água quente no chão.</li>
	<li>Coloque uma folha de vidro acrílico clarosobrea superfície do banho de água quente de temperatura constante. O vidro permite a transmissão do calor para a parte inferior da pele sem molhar o espécime. NOTA: Este estudo piloto utilizou uma folha de vidro acrílico (0,125 de espessura). A espessura do vidro não afetará a emissividade30 do material (sempre será 0,86), mas afetará a temperatura absoluta na superfície do vidro (ouseja, o vidro mais grosso resultará em uma temperatura mais baixa). Assim, todas as medidas devem ser tomadas utilizando uma folha de vidro acrílico da mesma espessura.</li>
	<li>Coloque um pedaço de placa do núcleo de espuma (1 em espessura) com um orifício circular (0,5 de diâmetro) sobre o vidro acrílico. NOTA: O tamanho da ave deve guiar o tamanho do orifício e, portanto, o tamanho das penas ininterruptas recebendo calor da fonte. Aqui, é utilizado um orifício de 0,5 de diâmetro, pois este tamanho é grande o suficiente para alcançar transmissão térmica suficiente para o espécime, enquanto ainda é pequeno o suficiente para centralizar o calor sob os tratos de penas de peito (de todas as aves, exceto as menores). Independentemente do tamanho da abertura térmica, para obter um valor comparável e replicável para cada pássaro, certifique-se de realizar medições com orifícios do mesmo tamanho.</li>
	<li>Conecte uma câmera térmica a um tripé diretamente acima da configuração na distância mínima de foco da câmera. NOTA: Aqui, é utilizada uma câmera térmica FLIR SC655 (resolução de 680 px x 480 px, ±2 °C ou ±2% de precisão de leitura, 40 cm de distância mínima de foco). Outras câmeras podem diferir em resolução de grau.</li>
	<li>Calibrar a câmera digitando o seguinte no software da câmera térmica:<ol>
<li>Encontre a temperatura refletida colocando papel alumínio (lado brilhante voltado para cima) sobre a espuma com o valor de emissividade definido para 1.0 no software de calibração da câmera. Tire uma imagem térmica. A temperatura na superfície da folha de alumínio é a temperatura refletida, que deve ser semelhante à temperatura ambiente da sala.</li>
		<li>Defina o valor da emissividadede 31 a 0,95. NOTA: 1) Emissividade é a quantidade relativa de calor que um objeto emite32 e varia de 0 a 1. Um objeto com alto valor de emissividade emite uma grande quantidade de calor, enquanto um objeto com baixo valor de emissividade irradia pouco calor32. Esse valor representa a emissividade das penas. 2) Esse valor (0,95) é contestado. Cossins e Bowler alegaram que as penas têm um valor de emissividade entre 0,90-0,95, mas não incluíram nenhuma evidência31. Hammel relatou um valor de 0,98, mas obteve esse valor de um espécime congelado, portanto pode não ser preciso33. Apesar da falta de evidências, a emissividade 0,95 é o valor mais utilizado na literatura de câmeras térmicas (como evidenciado por Cossins e Bowler31).</li>
		<li>Certifique-se de que a temperatura ambiente e a umidade no quarto são constantes. Esses valores devem ser medidos antes de cada medição e atualizados no software de calibração da câmera. A temperatura e a umidade de todas as salas internas flutuarão um pouco, então registrar esses valores e atualizá-los no software reduz o erro de medição. NOTA: Aqui, o software FLIR ResearchIR Max é usado. Este software não salva dados para todas as imagens, por isso é crucial registrar todos esses valores para cada imagem.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. Desempenho das medições
<ol><li>Coloque a temperatura constante de banho de água quente a uma temperatura-alvo (40 °C é um proxy para a temperatura média interna do núcleo da maioria das aves transeuntes)34. NOTA: Se trabalhar com uma espécie cuja temperatura do núcleo de repouso é maior (por exemplo, beija-flores34) ou inferior (por exemplo, pinguins34 ou ratites34,35), pode ser apropriado ajustar o banho de água quente em conformidade. A Figura 3 mostra a relação entre a temperatura do banho de água quente e a temperatura na superfície do vidro acrílico (por exemplo, a temperatura real da fonte de calor a que a pele plana está exposta).<ol>
<li>Os resultados obtidos a partir deste protocolo (ver Figura 5) sugerem que a obtenção de medições em uma faixa de temperaturas também é informativa das diferenças de desempenho térmico. Para isso, siga o protocolo usando incrementos de 5 °C de 30 a 55 °C.</li>
	</ol></li>
	<li>No software da câmera térmica, desenhe um círculo/elipse sobre o orifício na espuma onde o calor está escapando. Isso permite visualizar essa área ao colocar a pele na espuma para garantir que a área correta na pele plana seja medida.</li>
	<li>Coloque o espécime de pele plana na espuma com a área de interesse sobre o orifício. NOTA: Aqui, a região da barriga de cada pássaro é medida, pois não é obstruída por outras partes do corpo, como a asa e está localizada centralmente o suficiente para não ser submetida a efeitos de borda. A colocação da pele sobre o orifício de calor vai variar de acordo com a questão experimental. Em geral, recomenda-se a colocação diretamente sobre um trato de penas, e o mais longe possível da borda da pele. Certifique-se de não achatar ou desordenar as penas ao colocar a pele. Se necessário, preená-los em uma posição natural uma vez que a pele é colocada.</li>
	<li>Espere 15 min para permitir que a pele se aclimata à fonte de calor. Se as medidas forem feitas muito cedo, o valor da temperatura na superfície da camada de penas será muito baixo. Aqui, a transmissão de temperatura através da pele e das penas estabilizou em 15 minutos, então esperar mais de 15 min não produzirá um resultado artificialmente alto.</li>
	<li>Tirando uma imagem térmica da pele plana.<ol>
<li>Defina o valor de emissividadede 31 a 0,95 antes de tirar a imagem térmica.</li>
	</ol></li>
	<li>Remova a pele da espuma e pegue imediatamente uma imagem térmica da configuração sem a pele plana na espuma. Isso quantifica a temperatura na superfície do vidro acrílico e calibra a área da fonte de calor com a área de medição na pele plana.<ol>
<li>Aqui, a emissividade do vidro acrílico usado30 é 0,86. Certifique-se de gravar isso no software da câmera térmica antes de tirar a foto sem a pele. NOTA: A temperatura exibida pelo banho de água quente não é necessariamente a temperatura na superfície do vidro acrílico(Figura 3),uma vez que sua condução térmica não é perfeita. Usar a temperatura do vidro reduz os erros na estimativa de quão quente é a parte inferior da pele e, portanto, é uma estimativa combinada de quanto calor é perdido através da pele e das penas.</li>
	</ol></li>
	<li>Coloque a pele de volta na espuma na mesma posição. Repita as etapas 2.5-2.6 para um total de cinco ensaios.<ol>
<li>Para colocar a pele do espécime corretamente, toque suavemente as penas na área de medição do alvo com uma ponta de dedo, em seguida, remova o dedo e veja a imagem térmica. O calor residual do dedo permanecerá visível brevemente na imagem térmica. Verifique se a área de amostragem está dentro do círculo visível desenhado no software, que representa a área de calor irradiando através da pele a partir do banho de água quente. Se não for, mova a pele até que esteja. Este processo é ilustrado na Figura 2. NOTA: Embora as peles frescas (quando disponíveis) possam representar o desempenho térmico natural da pele em um pássaro vivo mais de perto, o uso de peles secas para essas medidas permitem resultados comparáveis e repetitivos em um pool muito maior de espécimes. Portanto, todas as medidas devem ser tomadas usando peles secas a peso constante, ou na pele fresca e seca dos espécimes.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Coleta de dados a partir de imagens térmicas
<ol><li>Cada medição consiste em duas imagens térmicas: uma da pele plana e uma do vidro acrílico. Primeiro, abra a imagem do vidro acrílico. Alinhe o círculo desenhado no software com o orifício na espuma visível na imagem. Regisso valor da temperatura no centro do círculo. NOTA: Para obter mais detalhes sobre a extração de dados de imagens térmicas, consulte Senior et al.36.<ol>
<li>Certifique-se de calibrar a câmera com os valores adequados. Defina a emissividadede 30 a 0,86 e defina a temperatura ambiente e a umidade para corresponder às condições atuais no laboratório, antes de registrar o valor da temperatura.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Abra a imagem térmica da pele plana. Sem mover o círculo, regisse o valor da temperatura no centro do círculo. NOTA: Como o círculo não está registrado na imagem, é importante calibrar a colocação do círculo com a imagem do vidro acrílico tirada na seção 2.6.<ol>
<li>Certifique-se de calibrar a câmera com os valores adequados. Defina a emissividadede 31 a 0,95, e certifique-se de definir a temperatura ambiente e a umidade para as condições atuais no laboratório, antes de registrar o valor da temperatura.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Repita as etapas 3.1-3.2 para todas as medições de todas as amostras.</li>
</ol>4. Cálculo do desempenho térmico
<ol><li>Subtraia a temperatura da superfície do casaco de penas da temperatura do vidro acrílico. Este valor representa o calor retido pelo casaco de penas.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Morris, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Feather+Postures+of+Birds+and+the+Problem+of+the+Origin+of+Social+Signals.">The Feather Postures of Birds and the Problem of the Origin of Social Signals.</a> Behaviour. 9, 75-111 (1956).</li><li>Wetmore, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A Study of the Body Temperature of Birds. Smithsonian Miscellaneous Collections. 72 (12), (1921).</li><li>Hart, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Acclimatization+in+Four+Species+of+Small+Wild+Birds.">Seasonal Acclimatization in Four Species of Small Wild Birds.</a> Physiological Zoology. 35 (3), 224-236 (1962).</li><li>Veghte, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+and+Metabolic+Responses+of+the+Gray+Jay+to+Cold+Stress.">Thermal and Metabolic Responses of the Gray Jay to Cold Stress.</a> Physiological Zoology. 37 (3), 316-328 (1964).</li><li>Brush, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energetics,+Temperature+Regulation+and+Circulation+in+Resting,+Active+and+Defeathered+California+Quail,+Lophortyx+californicus.">Energetics, Temperature Regulation and Circulation in Resting, Active and Defeathered California Quail, Lophortyx californicus.</a> Comparative Biochemistry and Physiology. 15, 399-421 (1965).</li><li>Dawson, W. R., Carey, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Acclimatization+to+Temperature+in+Cardueline+Finches.">Seasonal Acclimatization to Temperature in Cardueline Finches.</a> Journal of Comparative Physiology. 112, 317-333 (1976).</li><li>Cooper, S. J., Swanson, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Acclimatization+of+Thermoregulation+in+The+Black-Capped+Chickadee.">Seasonal Acclimatization of Thermoregulation in The Black-Capped Chickadee.</a> The Condor. 96, 638-646 (1994).</li><li>Bush, N. G., Brown, M., Downs, C. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Effects+on+Thermoregulatory+Responses+of+the+Rock+Kestrel,+Falco+rupicolis.">Seasonal Effects on Thermoregulatory Responses of the Rock Kestrel, Falco rupicolis.</a> Journal of Thermal Biology. 33, 404-412 (2008).</li><li>Nzama, S. N., Downs, C. T., Brown, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Variation+in+the+Metabolism-Temperature+Relation+of+House+Sparrows+(Passer+domesticus)+in+KwaZulu-Natal,+South+Africa.">Seasonal Variation in the Metabolism-Temperature Relation of House Sparrows (Passer domesticus) in KwaZulu-Natal, South Africa.</a> Journal of Thermal Biology. 35, 100-104 (2010).</li><li>Noakes, M. J., Wolf, B. O., McKechnie, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Metabolic+Acclimatization+Varies+in+Direction+and+Magnitude+among+Populations+of+an+Afrotropical+Passerine+Bird.">Seasonal Metabolic Acclimatization Varies in Direction and Magnitude among Populations of an Afrotropical Passerine Bird.</a> Physiological and Biochemical Zoology. 90 (2), 178-189 (2016).</li><li>Taylor, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+insulation+of+the+down+and+feathers+of+pygoscelid+penguin+chicks+and+the+unique+properties+of+penguin+feathers.">Thermal insulation of the down and feathers of pygoscelid penguin chicks and the unique properties of penguin feathers.</a> The Auk. 103 (1), 160-168 (1986).</li><li>Ward, J. M., Houston, D. C., Ruxton, G. D., McCafferty, D. J., Cook, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+resistance+of+chicken+(Gallus+domesticus)+plumage:+a+comparison+between+broiler+and+free-range+birds.">Thermal resistance of chicken (Gallus domesticus) plumage: a comparison between broiler and free-range birds.</a> British poultry science. 42 (5), 558-563 (2001).</li><li>Ward, J. M., Ruxton, G. D., Houston, D. C., McCafferty, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+consequences+of+turning+white+in+winter:+a+comparative+study+of+red+grouse+Lagopus+lagopus+scoticus+and+Scandinavian+willow+grouse+L.+l.+lagopus.">Thermal consequences of turning white in winter: a comparative study of red grouse Lagopus lagopus scoticus and Scandinavian willow grouse L. l. lagopus.</a> Wildlife Biology. 13 (2), 120-130 (2007).</li><li>Lucas, A. M., Stettenheim, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Avian Anatomy: Integument. , (1972).</li><li>Osv&#225;th, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+feathered+are+birds?+Environment+predicts+both+mass+and+density+of+body+feathers.">How feathered are birds? Environment predicts both mass and density of body feathers.</a> Functional Ecology. 32, 701-712 (2018).</li><li>Pap, P. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+phylogenetic+comparative+analysis+reveals+correlations+between+body+feather+structure+and+habitat.">A phylogenetic comparative analysis reveals correlations between body feather structure and habitat.</a> Functional Ecology. 31 (6), 1241-1251 (2017).</li><li>Caccamise, D. F., Weathers, W. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Winter+Nest+Microclimate+of+Monk+Parakeets.">Winter Nest Microclimate of Monk Parakeets.</a> The Wilson Bulletin. 89 (2), 346-349 (1977).</li><li>Broggi, J., Gamero, A., Hohtola, E., Orell, M., Nilsson, J. &. #. 1. 9. 7. ;. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interpopulation+variation+in+contour+feather+structure+is+environmentally+determined+in+great+tits.">Interpopulation variation in contour feather structure is environmentally determined in great tits.</a> PLoS ONE. 6 (9), 24942 (2011).</li><li>Howell, S. N. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Molt in North American Birds. , (2010).</li><li>Willoughby, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Unusual+Sequence+of+Molts+and+Plumages+in+Cassin's+and+Bachman's+Sparrows.">An Unusual Sequence of Molts and Plumages in Cassin's and Bachman's Sparrows.</a> The Condor. 88 (4), 461-472 (1986).</li><li>Wetmore, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Number+of+Contour+Feathers+in+Passeriform+and+Related+Birds.">The Number of Contour Feathers in Passeriform and Related Birds.</a> Auk. 53, 159-169 (1936).</li><li>Staebler, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Number+of+Contour+Feathers+in+the+English+Sparrow.">Number of Contour Feathers in the English Sparrow.</a> The Wilson Bulletin. 53 (2), 126-127 (1941).</li><li>Barnett, L. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Changes+in+Temperature+Acclimatization+of+the+House+Sparrow,+Passer+domesticus.">Seasonal Changes in Temperature Acclimatization of the House Sparrow, Passer domesticus.</a> Comparative Biochemistry and Physiology. 33, 559-578 (1970).</li><li>Middleton, A. L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seasonal+Changes+in+Plumage+Structure+and+Body+Composition+of+the+American+Goldfinch,+Carduelis+tristis.">Seasonal Changes in Plumage Structure and Body Composition of the American Goldfinch, Carduelis tristis.</a> The Canadian Field-Naturalist. 100 (4), 545-549 (1986).</li><li>Lei, F. M., Qu, Y. H., Gan, Y. L., Gebauer, A., Kaiser, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+feather+microstructure+of+Passerine+sparrows+in+China.">The feather microstructure of Passerine sparrows in China.</a> Journal f&#252;r Ornithologie. 143 (2), 205-213 (2002).</li><li>D'alba, L., Carlsen, T. H., &#193;sgeirsson, &. #. 1. 9. 3. ;., Shawkey, M. D., J&#243;nsson, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contributions+of+feather+microstructure+to+eider+down+insulation+properties.">Contributions of feather microstructure to eider down insulation properties.</a> Journal of Avian Biology. 48 (8), 1150-1157 (2017).</li><li>Gilbert, C., Robertson, G., Le Maho, Y., Naito, Y., Ancel, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Huddling+behavior+in+emperor+penguins:+dynamics+of+huddling.">Huddling behavior in emperor penguins: dynamics of huddling.</a> Physiology &amp; Behavior. 88, 479-488 (2006).</li><li>Kvadsheim, P. H., Folkow, L. P., Blix, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+device+for+measurement+of+the+thermal+conductivity+of+fur+and+blubber.">A new device for measurement of the thermal conductivity of fur and blubber.</a> Journal of thermal Biology. 19 (6), 431-435 (1994).</li><li>Spaw, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Combination Specimens a la Burke Museum. , 21-28 (1989).</li><li>Infrared Emissivity Table. ThermoWorks Available from: <a target="_blank" href="https://www.thermoworks.com/emissivity_table">https://www.thermoworks.com/emissivity_table</a> (2019)</li><li>Cossins, A. R., Bowler, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Temperature Biology of Animals. , (1987).</li><li>Hammel, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Infrared+Emissivities+of+Some+Arctic+Fauna.">Infrared Emissivities of Some Arctic Fauna.</a> Journal of Mammalogy. 37 (3), 375-378 (1956).</li><li>McNab, B. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Analysis+of+the+Body+Temperatures+of+Birds.">An Analysis of the Body Temperatures of Birds.</a> The Condor. 68 (1), 47-55 (1966).</li><li>Crawford, E. C., Lasiewski, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxygen+Consumption+and+Respiratory+Evaporation+of+the+Emu+and+Rhea.">Oxygen Consumption and Respiratory Evaporation of the Emu and Rhea.</a> The Condor. 70, 333-339 (1968).</li><li>Senior, R. A., Hill, J. K., Edwards, D. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=ThermStats:+An+R+Package+for+Quantifying+Surface+Thermal+Heterogeneity+in+Assessments+of+Microclimates.">ThermStats: An R Package for Quantifying Surface Thermal Heterogeneity in Assessments of Microclimates.</a> Methods in Ecology and Evolution. 10, 1606-1614 (2019).</li><li>. FLIR Systems, Inc Available from: <a target="_blank" href="https://www.flir.com">https://www.flir.com</a> (2019)</li><li>McCafferty, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+thermal+imaging+in+avian+science.">Applications of thermal imaging in avian science.</a> Ibis. 155 (1), 4-15 (2013).</li><li>Boonstra, R., Eadie, J. M., Krebs, C. J., Boutin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Limitations+of+Far+Infrared+Thermal+Imaging+in+Locating+Birds.">Limitations of Far Infrared Thermal Imaging in Locating Birds.</a> Journal of Field Ornithology. 66 (2), 192-198 (1955).</li><li>Rodbard, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Weight+and+Body+Temperature.">Weight and Body Temperature.</a> Science. 111 (2887), 465-466 (1950).</li></ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Este artigo fornece um protocolo para medições de imagem térmica repetíveis e padronizadas de amostras de pele plana aviária. Este método permite comparar o desempenho térmico da camada de penas entre espécies, dentro das espécies, entre indivíduos comparáveis, e em diferentes locais nos corpos dos indivíduos, tudo sem destruição do espécime.
A disponibilidade de materiais e equipamentos necessários pode ser uma limitação deste método. Embora as câmeras térmicas estejam ra...

As penas são a característica definidora das aves e servem muitas funções, entre as mais cruciais sendo o isolamento1. As aves têm as maiores temperaturas médias do núcleo de qualquer grupo de vertebrados, e as penas isolando-as das mudanças de temperatura ambiental são uma parte vital do equilíbrio energético, especialmente em ambientes frios2. Apesar da importância das penas, a maioria da literatura sobre mudanças na condição térmica nas aves tem focado nas respostas metabólicas à variação da temperatura em vez da função das penas como isolamento3,4,5,6,7,8,9,10 (para maiores detalhes, consulte Ward et al.) 11,12,13. No entanto, as penas em si podem variar ao longo do tempo, indivíduos e espécies.
O método aqui apresentado é útil para quantificar apenas o valor térmico total do casaco de penas. Remove fatores confusos em aves vivas, como termoregulação comportamental1 e quantidades variadas de gordura isolante. Uma medição mais difundida do desempenho térmico dos casacos de penas é necessária para melhorar a compreensão de como as penas contribuem para o isolamento e como isso varia entre e dentro das espécies ao longo da história de vida e do ciclo anual de uma ave.
As penas isolam as aves prendendo o ar tanto entre a pele e as penas quanto dentro das penas, e criam uma barreira física para a perda de calor14. As penas consistem em um eixo central de penas, chamado rachis, com projeções chamadas farpas14. Os barbulos são pequenas projeções secundárias em farpas que se entrelaçam com farpas adjacentes para "fechar" a pena e dar-lhe estrutura. Além disso, as penas para baixo carecem de um rachis central e têm poucos bulos, formando assim uma massa solta e isolante de farpas sobre a pele14. As camadas de penas variam entre as espécies15,16, dentro das espécies17,18, e dentro dos indivíduoscomparáveis 2,19,20,21,22,23,24. No entanto, há pouca informação quantitativa sobre como variações no número de penas, a abundância relativa de diferentes tipos de penas em um pássaro, ou mudanças no número de farpas/barbulos afetam o desempenho térmico geral de um casaco de penas. Estudos anteriores se concentraram em determinar um único valor médio de isolamento e condutividade térmica para uma determinada espécie11,12,13.
O casaco de penas é conhecido por variar entre as espécies. Por exemplo, a maioria das aves tem áreas distintas de pele das quais as penas crescem, ou não, chamadas de pterylae e apteria,respectivamente 14. A colocação do pterylae (às vezes chamado de "tratos de penas") varia entre as espécies e tem algum valor como caráter taxonômico14. No entanto, algumas aves (ou seja, ratites e pinguins) perderam essa pterylosis e têm uma distribuição uniforme de penas em todo o corpo14. Além disso, diferentes espécies, especialmente aquelas que habitam ambientes diferentes, possuem proporções diferentes dos tipos de penas15. Por exemplo, aves que habitam climas mais frios têm penas mais para baixo15 e penas de contorno com uma porção plumulaceous maior16 do que espécies que habitam ambientes mais quentes.
A microestrutura de certos tipos de penas também pode ter um efeito sobre o isolamento entre as espécies25,26. Lei et al. compararam a microestrutura das penas de contorno de muitos pardais passantes chineses e descobriram que as espécies que habitam ambientes mais frios têm uma proporção maior de farpas plumurosas em cada pena de contorno, barras mais longas, maior densidade de nó e nódulos maiores do que espécies que habitam ambientes mais quentes25. D'alba et al. comparou a microestrutura de penas para baixo de eiderscomuns (Somateria mollissima) e gansos de graylag(Anser anser) e descreveu como essas diferenças afetam tanto a capacidade coesa das penas quanto a capacidade das penas de prender o ar26. Os dados comparativos quantitativos sobre como essas variações nas penas afetam o desempenho térmico geral da camada de penas entre as espécies são limitados (para mais detalhes, consulte Taylor e Ward et al.) 11,13.
Dentro de uma espécie, o desempenho térmico do casaco de penas pode variar. Algumas espécies, como o periquito-monge(Myiopsitta monachus)17, habitam faixas geográficas muito grandes e diversas. As diferentes tensões térmicas colocadas por esses diferentes ambientes podem afetar as camadas de penas das aves dentro de uma espécie regionalmente, mas atualmente não há dados disponíveis sobre este tema. Além disso, Broggi et al. compararam duas populações de grandes tetas (Parus major L.) no hemisfério norte. Eles demonstraram que as penas de contorno da população mais ao norte eram mais densas, mas mais curtas e menos proporcionalmente depreciadas do que as da população mais sulista. No entanto, essas diferenças desapareceram quando aves de ambas as populações foram criadas no mesmo local18.
Além disso, Broggi et al. explicaram esses achados como uma resposta plástica às diferentes condições térmicas, mas não mediram os valores de isolamento desses diferentes casacos de penas18. Os resultados também sugerem que a densidade de penas de contorno é mais importante para o isolamento do que a proporção de farpas plumulaceous em penas de contorno, mas Broggi et al. sugeriram que as populações do norte podem ser incapazes de produzir penas ideais devido à falta de nutrientes adequados18. Medições quantitativas do desempenho térmico geral dessas camadas de penas aumentariam a compreensão da significância das diferenças de plumagem.
Com o tempo, as capas de penas de pássaros individuais variam. Pelo menos uma vez por ano, todas as aves molt (substituir todas as suas penas)19. Com o passar do ano, as penas passam a ser usadas2,20 e menos numerosas18,21,22,23. Alguns pássaros molt mais de uma vez por ano, dando-lhes vários casacos de penas distintas a cada ano19. Middleton mostrou que as goldfinchesamericanas (Spinus tristis),que se fundem duas vezes ao ano, têm um maior número de penas e maior proporção de penas caídas em sua plumagem básica nos meses de inverno do que em sua plumagem alternativa durante os meses de verão24. Essas diferenças anuais na camada de penas podem permitir que as aves economizem mais calor durante períodos mais frios passivamente ou derramem mais calor passivamente durante as estações quentes, mas nenhum estudo testou isso conclusivamente.
Embora as aves se subormem comportamentalmente1,27 e possam se aclimatar metabolicamente a diferentes condições térmicas3,4,5,6,7,8,9,10,26, as penas desempenham um papel importante na termoregulação, fornecendo uma camada constante de isolamento. O método descrito aqui é projetado para responder perguntas apenas sobre o casaco de penas e seu papel na termoregulação passiva (ou seja, quanto calor um pássaro vivo retém sem modificar seu comportamento ou metabolismo?) isolando as penas. Embora a termoregulação ativa e fisiológica seja ecologicamente importante, também é importante entender como as penas sozinhas auxiliam no isolamento e como influenciam a necessidade de termoregulação comportamental e fisiológica ativa.
Estudos anteriores estabeleceram métodos para quantificar a condutividade térmica e o isolamento térmico das peles de animais11,12,13,28. O método aqui apresentado é uma extensão do método "placa quente guardada"11,12,13,28. No entanto, o método descrito aqui mede a temperatura no limite externo do casaco de penas usando uma câmera térmica, em vez de termopares. O método de placa quente guardada dá estimativas muito precisas de fluxo de energia através de uma pele, mas requer a construção de uma placa quente multimaterial, alguma familiaridade com o uso de termoparles e termeléques, e uso destrutivo de uma pele que deve ser cortada em pequenos pedaços. Essas peças são então untadas para eliminar o ar entre a amostra e o aparelho de placa quente. Com exceção das poucas aves que não possuem apteria (por exemplo, pinguins), cortar pequenos quadrados de peles de aves é problemático para fins comparativos, uma vez que a localização do corte tem grandes efeitos sobre o número de penas realmente ligadas (e sobrelvando) a pele. Esse problema é agravado pela variação entre os impostos na presença, tamanho e colocação do ptyerlae14.
Além disso, enquanto os espécimes de museus podem ser um recurso potencialmente rico para avaliar a variação do isolamento entre as aves, em geral, a permissão para cortar e lubrificar espécimes de pele em coleções científicas é inatingível. Além disso, espécimes retirados da natureza para medições de placas quentes guardadas não podem ser posteriormente usados como espécimes de museu. O método aqui apresentado difere do método de placa quente guardada na medida em que pode ser usado com peles inteiras de aves secas, sem 1) exigindo a destruição do espécime e 2) lubrificando a parte inferior da pele. Ele usa câmeras térmicas, que são cada vez mais acessíveis (embora ainda relativamente caras), precisas e usadas para medições de aves vivas de relações térmicas.
Este método não mede o fluxo de energia (e, portanto, o valor de condutividade térmica ou isolamento) através da pele e das penas diretamente como o método de placa quente guardado. Em vez disso, mede a temperatura no limite externo de um casaco de penas usando uma câmera térmica. Os valores resultantes representam uma medida integrada do calor perdido passivamente através da pele, penas e ar preso entre eles (em comparação com uma fonte de calor por baixo). Os espécimes preparados como peles planas e medidos usando a técnica descrita podem ser armazenados em coleções e, indefinidamente, fornecem valor para futuras pesquisas. Este método fornece uma maneira padronizada, comparável e relativamente simples de medir o desempenho térmico do casaco de penas em qualquer espécime de pele plana, que é especialmente útil em comparações inter e intraespecíficas.

<table><tbody><tr><td>Aluminum Foil</td><td>Reynolds Wrap</td><td>109000831</td><td>30 square ft.; this exact model need not be used.</td></tr><tr><td>Foam Core Board</td><td>Foamular</td><td>20WE</td><td>1 in. x 4 ft. x 8 ft; this exact model need no be used.</td></tr><tr><td>General Purpose Water Bath</td><td>PolyScience</td><td>WB02</td><td>Ambiet +5 &amp;deg;C to 100 &amp;deg;C; &amp;plusmn;.01 &amp;deg;C</td></tr><tr><td>PDF Data logger</td><td>Elitech</td><td>RC-51H</td><td>Built in temperature and humidity sensor</td></tr><tr><td>Plexiglass</td><td>AdirOffice</td><td>1212-3-C</td><td>Acrylic glass; 12 in. x 12 in. x 1/8 in.; this exact model need not be used.</td></tr><tr><td>Thermal Image Analysis Software</td><td>FLIR</td><td>ResearchIR Max v4.40.7.26 (64-bit)</td><td>Allows collection of precise, quantitative thermal data</td></tr><tr><td>Thermal Imaging Camera</td><td>FLIR</td><td>SC655</td><td>680x480-pixel resolution, &amp;plusmn;2 &amp;deg;C or &amp;plusmn;2% accuracy, 40 cm minimum focusing distance</td></tr><tr><td>Tripod</td><td>The Audubon Shop</td><td>The Birder Tripod with Manfrotto 700RC2 Rapid Release Head</td><td>65&quot; maximum height; this exact model need not be used.</td></tr></tbody></table>

using a thermal camera to measure heat loss through bird feather coats

As penas são essenciais para o isolamento e, portanto, para o custo da termoregulação, nas aves. Há literatura robusta sobre o custo energético da termoregulação em aves em uma variedade de circunstâncias ecológicas. No entanto, poucos estudos caracterizam a contribuição das penas apenas para a termoregulação. Vários estudos anteriores estabeleceram métodos para medir o valor de isolamento das peles de animais, mas exigem métodos de amostragem destrutivos que são problemáticos para as aves, cujas penas não são distribuídas uniformemente pela pele. Mais informações são necessárias sobre 1) como a contribuição das penas para a termoregulação varia tanto entre as espécies quanto dentro das espécies e 2) como os casacos de penas podem mudar ao longo do espaço e do tempo. Relatado aqui é um método para medir de forma rápida e direta o desempenho térmico de casacos de penas e a pele usando amostras secas de pele inteira, sem a necessidade de destruir o espécime da pele. Este método isola e mede o gradiente térmico através de uma camada de penas de forma que as medidas de perda de calor e custo metabólico em aves vivas, que usam estratégias comportamentais e fisiológicas para termoregular, não podem. O método emprega uma câmera térmica, que permite a rápida coleta de dados térmicos quantitativos para medir a perda de calor de uma fonte estável através da pele. Este protocolo pode ser facilmente aplicado a várias questões de pesquisa, é aplicável a qualquer taxa aviária, e não requer destruição do espécime da pele. Por fim, aprofundará a compreensão da importância da termoregulação passiva nas aves, simplificando e acelerando a coleta de dados quantitativos.

Os resultados representativos de uma série de um indivíduo de cada uma das cinco espécies, medidos a seis temperaturas, são apresentados na Figura 4 e Figura 5. Estes mostram que pequenas variações na colocação da pele podem resultar em variações nas leituras de até 1,7 °C. A Figura 4 mostra como o treinamento de um pesquisador aumenta a repetibilidade das medidas. Por exemplo, o mesmo pardal individual da casa (Pass...

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Using a Thermal Camera to Measure Heat Loss Through Bird Feather Coats

Este protocolo descreve a quantificação da transmissão de calor através de um espécime aviário de pele plana usando uma câmera térmica e banho de água quente. O método permite a obtenção de dados quantitativos e comparativos sobre o desempenho térmico de casacos de penas entre espécies usando amostras secas de pele plana.

Usando uma câmera térmica para medir a perda de calor através de casacos de penas de pássaro

Feathers are essential to insulation, and therefore to the cost of thermoregulation,&#160;in birds. There is robust literature on the energetic cost of ...

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Research

JoVE Journal

Biology

3.4K visualizações.  University of Connecticut. Este protocolo descreve a quantificação da transmissão de calor através de um espécime aviário de pele plana usando uma câmera térmica e banho de água quente. O método permite a obtenção de dados quantitativos e comparativos sobre o desempenho térmico de casacos de penas entre espécies usando amostras secas de pele plana.

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Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the milli-scale structure of barbs and barbules largely determines the directional pattern of reflected light; and through the macro-scale spatial structure of overlapping, curved feathers, these directional effects create the visual texture. Milli-scale and macro-scale effects determine where on the organism's body, and from what viewpoints and under what illumination, the iridescent colors are seen. Thus, the highly directional flash of brilliant color from the iridescent throat of a hummingbird is inadequately explained by its nano-scale structure alone and questions remain. From a given observation point, which milli-scale elements of the feather are oriented to reflect strongly? Do some species produce broader "windows" for observation of iridescence than others? These and similar questions may be asked about any organisms that have evolved a particular surface appearance for signaling, camouflage, or other reasons.
In order to study the directional patterns of light scattering from feathers, and their relationship to the bird's milli-scale morphology, we developed a protocol for measuring light scattered from biological materials using many high-resolution photographs taken with varying illumination and viewing directions. Since we measure scattered light as a function of direction, we can observe the characteristic features in the directional distribution of light scattered from that particular feather, and because barbs and barbules are resolved in our images, we can clearly attribute the directional features to these different milli-scale structures. Keeping the specimen intact preserves the gross-scale scattering behavior seen in nature. The method described here presents a generalized protocol for analyzing spatially- and directionally-varying light scattering from complex biological materials at multiple structural scales.

We present a non-destructive method for sampling spatial variation in the direction of light scattered from structurally complex materials. By keeping the material intact, we preserve gross-scale scattering behavior, while concurrently capturing fine-scale directional contributions with high-resolution imaging. Results are visualized in software at biologically-relevant positions and scales.

Medindo espacialmente e direcional variando espalhamento de luz a partir de Material Biológico

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

Engenharia

A Rapid Laser Probing Method Facilitates the Non-invasive and Contact-free Determination of Leaf Thermal Properties

Plants can produce valuable substances such as secondary metabolites and recombinant proteins. The purification of the latter from plant biomass can be streamlined by heat treatment (blanching). A blanching apparatus can be designed more precisely if the thermal properties of the leaves are known in detail, i.e., the specific heat capacity and thermal conductivity. The measurement of these properties is time consuming and labor intensive, and usually requires invasive methods that contact the sample directly. This can reduce the product yield and may be incompatible with containment requirements, e.g., in the context of good manufacturing practice. To address these issues, a non-invasive, contact-free method was developed that determines the specific heat capacity and thermal conductivity of an intact plant leaf in about one minute. The method involves the application of a short laser pulse of defined length and intensity to a small area of the leaf sample, causing a temperature increase that is measured using a near infrared sensor. The temperature increase is combined with known leaf properties (thickness and density) to determine the specific heat capacity. The thermal conductivity is then calculated based on the profile of the subsequent temperature decline, taking thermal radiation and convective heat transfer into account. The associated calculations and critical aspects of sample handling are discussed.

A method was developed to determine the specific heat capacity and thermal conductivity of leaf tissue by non-invasive, contact-free near infrared laser probing, which requires less than 1 min per sample.

A Laser rápida Sondagem Método facilita a determinação não invasiva e sem contato das propriedades térmicas da folha

Plants can produce valuable substances such as secondary metabolites and recombinant proteins. The purification of the latter from plant biomass can be ...

Bioquímica

Quantitative Visualization and Detection of Skin Cancer Using Dynamic Thermal Imaging

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment for melanoma remains surgical excision, therefore, the key to extended survival is early detection 2,3. Considering the large numbers of patients diagnosed every year and the limitations in accessing specialized care quickly, the development of objective in vivo diagnostic instruments to aid the diagnosis is essential. New techniques to detect skin cancer, especially non-invasive diagnostic tools, are being explored in numerous laboratories. Along with the surgical methods, techniques such as digital photography, dermoscopy, multispectral imaging systems (MelaFind), laser-based systems (confocal scanning laser microscopy, laser doppler perfusion imaging, optical coherence tomography), ultrasound, magnetic resonance imaging, are being tested. Each technique offers unique advantages and disadvantages, many of which pose a compromise between effectiveness and accuracy versus ease of use and cost considerations. Details about these techniques and comparisons are available in the literature 4.
Infrared (IR) imaging was shown to be a useful method to diagnose the signs of certain diseases by measuring the local skin temperature. There is a large body of evidence showing that disease or deviation from normal functioning are accompanied by changes of the temperature of the body, which again affect the temperature of the skin 5,6. Accurate data about the temperature of the human body and skin can provide a wealth of information on the processes responsible for heat generation and thermoregulation, in particular the deviation from normal conditions, often caused by disease. However, IR imaging has not been widely recognized in medicine due to the premature use of the technology 7,8 several decades ago, when temperature measurement accuracy and the spatial resolution were inadequate and sophisticated image processing tools were unavailable. This situation changed dramatically in the late 1990s-2000s. Advances in IR instrumentation, implementation of digital image processing algorithms and dynamic IR imaging, which enables scientists to analyze not only the spatial, but also the temporal thermal behavior of the skin 9, allowed breakthroughs in the field.
In our research, we explore the feasibility of IR imaging, combined with theoretical and experimental studies, as a cost effective, non-invasive, in vivo optical measurement technique for tumor detection, with emphasis on the screening and early detection of melanoma 10-13. In this study, we show data obtained in a patient study in which patients that possess a pigmented lesion with a clinical indication for biopsy are selected for imaging. We compared the difference in thermal responses between healthy and malignant tissue and compared our data with biopsy results. We concluded that the increased metabolic activity of the melanoma lesion can be detected by dynamic infrared imaging.

We demonstrated that malignant pigmented lesions with increased metabolic activity generate quantifiable amounts of heat and the measurement of the transient thermal response of the skin to a cooling excitation allows quantitative identification of melanoma and other skin cancers (vs. non-proliferative nevi) at an early stage of the disease.

Visualization quantitativos e Detecção de Câncer de Pele Usando imagens térmicas dinâmico

In 2010 approximately 68,720 melanomas will be diagnosed in the US alone, with around 8,650 resulting in death 1. To date, the only effective treatment ...

Medicina

High-resolution Thermal Micro-imaging Using Europium Chelate Luminescent Coatings

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient optical micro-imaging technique which can be used to map and quantify such behavior. Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) has a 612 nm luminescence line whose activation efficiency drops strongly with increasing temperature, due to T-dependent interactions between the Eu3+ ion and the organic chelating compound. This material may be readily coated on to a sample surface by thermal sublimation in vacuum. When the coating is excited with ultraviolet light (337 nm) an optical micro-image of the 612 nm luminescent response can be converted directly into a map of the sample surface temperature. This technique offers spatial resolution limited only by the microscope optics (about 1 micron) and time resolution limited by the speed of the camera employed. It offers the additional advantages of only requiring comparatively simple and non-specialized equipment, and giving a quantitative probe of sample temperature.

Europium thenoyltrifluoroacetonate (EuTFC) has an optical luminescence line at 612 nm, whose activation efficiency decreases strongly with temperature. If a sample coated with a thin film of this material is micro-imaged, the 612 nm luminescent response intensity may be converted into a direct map of sample surface temperature.

High-resolution Micro-imagem térmica Usando európio quelato luminescentes Coatings

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer coefficient as a function of the liquid flow rate in a transparent pipe. With certain amendments, the approach is extended to gas-liquid flows, with a particular emphasis on the effect of a single elongated (Taylor) air bubble on heat transfer enhancement. A non-invasive thermography technique is applied to measure the instantaneous temperature of a thin metal foil heated electrically. The foil is glued to cover a narrow slot cut in the pipe. The thermal inertia of the foil is small enough to detect the variation in the instantaneous foil temperature. The test section can be moved along the pipe and is long enough to cover a considerable part of the growing thermal boundary layer.
At the beginning of each experimental run, a steady state with a constant water flow rate and heat flux to the foil is attained and serves as the reference. The Taylor bubble is then injected into the pipe. The heat transfer coefficient variations due to the passage of a Taylor bubble propagating in a vertical pipe is measured as function of the distance of the measuring point from the bottom of the moving Taylor bubble. Thus, the results represent the local heat transfer coefficients. Multiple independent runs preformed under identical conditions allow accumulating sufficient data to calculate reliable ensemble-averaged results on the transient convective heat transfer. In order to perform this in a frame of reference moving with the bubble, the location of the bubble along the pipe has to be known at all times. Detailed description of measurements of the length and of the translational velocity of the Taylor bubbles by optical probes is presented.

This manuscript describes methods aimed at measuring the local instantaneous convective heat transfer coefficients in a single or two-phase pipe flow. A simple optical method to determine the length and the propagation velocity of an elongated (Taylor) air bubble moving at a constant velocity is also presented.

Medições de transferência de calor convectiva instantânea Local em uma tubulação - fluxo único e duas fases

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

In Situ Surface Temperature Measurement in a Conveyor Belt Furnace via Inline Infrared Thermography

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. Currently, the surface temperature of objects processed in conveyor belt furnaces is typically measured via thermocouples. However, infrared (IR) thermography presents multiple advantages compared to thermocouple measurements, as it is a contactless, real-time, and spatially resolved method. Here, as a representative proof-of-concept example, an inline thermography system is successfully installed into an IR lamp powered solar firing furnace, which is used for the contact firing process of industrial Si solar cells. This protocol describes how to install an IR camera into a conveyor belt furnace, conduct a customer correction of a factory calibrated IR camera, and perform the evaluation of spatial surface temperature distribution on a target object.

This protocol describes how to install an infrared camera into a conveyor belt furnace, conduct a customer correction of a factory calibrated IR camera, and evaluate the spatial surface temperature distribution of an object of interest. The example objects are industrial silicon solar cells.

Em Situ Surface Temperature Measurement em um forno de correia transportadora através de Termografia Infravermelha Inline

Measuring the surface temperature of objects that are processed in conveyor belt furnaces is an important tool in process control and quality assurance. ...

Thermal Imaging to Study Stress Non-invasively in Unrestrained Birds

Stress, a central concept in biology, describes a suite of emergency responses to challenges. Among other responses, stress leads to a change in blood flow that results in a net influx of blood to key organs and an increase in core temperature. This stress-induced hyperthermia is used to assess stress. However, measuring core temperature is invasive. As blood flow is redirected to the core, the periphery of the body can cool. This paper describes a protocol where peripheral body temperature is measured non-invasively in wild blue tits (Cyanistes caeruleus) using infrared thermography. In the field we created a set-up bringing the birds to an ideal position in front of the camera by using a baited box. The camera takes a short thermal video recording of the undisturbed bird before applying a mild stressor (closing the box and therefore capturing the bird), and the bird&#8217;s response to being trapped is recorded. The bare skin of the eye-region is the warmest area in the image. This allows an automated extraction of the maximum eye-region temperature from each image frame, followed by further steps of manual data filtering removing the most common sources of errors (motion blur, blinking). This protocol provides a time series of eye-region temperature with a fine temporal resolution that allows us to study the dynamics of the stress response non-invasively. Further work needs to demonstrate the usefulness of the method to assess stress, for instance to investigate whether eye-region temperature response is proportional to the strength of the stressor. If this can be confirmed, it will provide a valuable alternative method of stress assessment in animals and will be useful to a wide range of researchers from ecologists, conservation biologists, physiologists to animal welfare researchers.

There is a need for a non-invasive assessment of stress. This paper describes a simple protocol using thermal imaging to detect a significant response in eye-region temperature in wild blue tits to a mild acute stressor.

Thermal Imaging para estudo de estresse não-invasiva em aves Unrestrained

Stress, a central concept in biology, describes a suite of emergency responses to challenges. Among other responses, stress leads to a change in blood ...

Neurociência

Infrared Thermography for the Detection of Changes in Brown Adipose Tissue Activity

Measuring brown adipose tissue (BAT) activity by positron emission tomography computed tomography (PET-CT) via the accumulation of 18F-fluorodeoxyglucose (FDG) after a meal or in obese or diabetic patients fails as the method of choice. The main reason is that 18F-FDG competes with the postprandial high glucose plasma concentration for the same glucose transporter on the membrane of BAT cells. In addition, BAT uses fatty acids as a source of energy as well, which is not visible with PET-CT and could be changed along with glucose concentration in obese and diabetic patients. Therefore, to estimate the physiological importance of BAT in animals and humans, a new infrared thermography method used in recent publications is applied.
After overnight fasting, BAT activity was measured by infrared thermography before and after a meal in human volunteers and&#160;female wild-type mice. The camera software calculates the object&#39;s temperature using distance from the object, skin emissivity, reflected room temperature, air temperature, and relative humidity. In mice, the shaved area above the BAT was a region of interest for which average and maximal temperatures were measured. The phase of the estrous cycle in female mice was determined after an experiment by vaginal smears stained with cresyl violet (0.1%) stain solution. In healthy volunteers, two skin areas of the neck were selected: the supraclavicular area (above the collarbone, where BAT cells are present) and the interclavicular area (between the collarbones, where there is no BAT tissue detected). BAT activity is determined by the subtraction of those two values. Also, the average and maximal temperatures of skin areas could be determined in animals and human participants.
Changes in BAT activity after a meal measured by infrared thermography, a non-invasive and more sensitive method, were shown to be sex, age, and phase of the estrous cycle dependent in laboratory animals. As part of diet-induced thermogenesis, BAT activation in humans was also proven to be sex, age, and body mass index dependent. Further determining the pathophysiological changes in BAT activity after a meal will be of great importance for participants with high glucose plasma concentrations (obesity and diabetes mellitus type 2), as well as in different laboratory animals (knock-out mice). This method is also a variable tool for determining possible activating drugs that could rejuvenate BAT activity.

Here, we present a protocol for measuring brown adipose tissue activity after a meal in humans and laboratory animals.

Termografia infravermelha para detecção de alterações na atividade do tecido adiposo marrom

Measuring brown adipose tissue (BAT) activity by positron emission tomography computed tomography (PET-CT) via the accumulation of 18F-fluorodeoxyglucose ...

Using a Combination of Indirect Calorimetry, Infrared Thermography, and Blood Glucose Levels to Measure Brown Adipose Tissue Thermogenesis in Humans

In mammals, brown adipose tissue (BAT) is activated rapidly in response to cold in order to maintain body temperature. Although BAT has been studied greatly in small animals, it is difficult to measure the activity of BAT in humans. Therefore, little is known about the heat-generating capacity and physiological significance of BAT in humans, including the degree to which components of the diet can activate BAT. This is due to the limitations in the currently most used method to assess the activation of BAT-radiolabeled glucose (fluorodeoxyglucose or 18FDG) measured by positron emission tomography-computerized tomography (PET-CT).
This method is usually performed in fasted subjects, as feeding induces glucose uptake by the muscles, which can mask the glucose uptake into the BAT. This paper describes a detailed protocol for quantifying total-body human energy expenditure and substrate utilization from BAT thermogenesis by combining indirect calorimetry, infrared thermography, and blood glucose monitoring in carbohydrate-loaded adult males. To characterize the physiological significance of BAT, measures of the impact of BAT activity on human health are critical. We demonstrate a protocol to achieve this by combining carbohydrate loading and indirect calorimetry with measurements of supraclavicular changes in temperature. This novel approach will help to understand the physiology and pharmacology of BAT thermogenesis in humans.

Here, we present a protocol to quantify the physiological significance of the impact of brown adipose tissue (BAT) activity on human metabolism. This is achieved by combining carbohydrate loading and indirect calorimetry with measurements of supraclavicular changes in temperature. This novel approach can help develop a pharmacological target for BAT thermogenesis in humans.

Usando uma combinação de calorimetria indireta, termografia infravermelha e níveis de glicose no sangue para medir a termogênese do tecido adiposo marrom em humanos

In mammals, brown adipose tissue (BAT) is activated rapidly in response to cold in order to maintain body temperature. Although BAT has been studied ...

High-Throughput Assays of Critical Thermal Limits in Insects

Upper and lower thermal limits of plants and animals are important predictors of their performance, survival, and geographic distributions, and are essential for predicting responses to climate change. This work describes two high-throughput protocols for measuring insect thermal limits: one for assessing critical thermal minima (CTmin), and the other for assessing heat knock down time (KDT) in response to a static heat stressor. In the CTmin assay, individuals are placed in an acrylic-jacketed column, subjected to a decreasing temperature ramp, and counted as they fall from their perches using an infrared sensor. In the heat KDT assay, individuals are contained in a 96 well plate, placed in an incubator set to a stressful, hot temperature, and video recorded to determine the time at which they can no longer remain upright and move. These protocols offer advantages over commonly used techniques. Both assays are low cost and can be completed relatively quickly (~2 h). The CTmin assay reduces experimenter error and can measure a large number of individuals at once. The heat KDT protocol generates a video record of each assay and thus removes experimenter bias and the need to continuously monitor individuals in real time.

Thermal limits can predict the environments organisms tolerate, which is valuable information in the face of rapid climate change. Described here are high-throughput protocols to assess critical thermal minima and heat knockdown time in insects. Both protocols maximize the throughput and minimize the cost of the assays.

Ensaios de alta taxa de limite térmico em insetos

Upper and lower thermal limits of plants and animals are important predictors of their performance, survival, and geographic distributions, and are ...