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LEGGE DI STOKES
La forza di attrito viscoso che agisce su un
corpo sfrerico di raggio r che si muove con
velocita’ v non elevata in un fluido di
viscosita’ η in quite si puo’ calcolare come:
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SEDIMENTAZIONE
La sedimentazione e’ un processo usato in laboratorio per
esempio per separare le varie componenti corpuscolari del
sangue
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SEDIMENTAZIONE
Appena il corpo inizia a muoversi…
FA
FP
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VELOCITA’ DI SEDIMENTAZIONE
FS
FA
FP
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ESERCIZIO
In un fluido di viscosita’ η = 210-3 Pas e densita’ pari a
quella dell’acqua vengono introdotte molecole sferiche di
raggio r = 2 µm e densita’ ρ = 1.3 g/cm3. Si calcoli il tempo
necessario affinche’ le molecole sedimentino 3 mm
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LA CENTRIFUGA
Se si vuole aumentare la velocita’ di sedimentazione si
ricorre alla centrifugazione
r0 distanza media tra il
liquido della provetta e il rotore
Usata per separare cellule, batteri, virus, macromolecole (centrifuga
preparativa) e/o per lo studio delle loro caratteristiche (centrifuga
analitica)
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€
IL COEFFICIENTE DI
SEDIMENTAZIONE
VS
s= 2 =
ω r0
U.d.m. nel S.I. >>>
Normalmente ha valori molto piccoli unita’ pratica: svedberg
Svedberg = 10-13 s
S (Svedberg)
Dipende solo dalle caratteristiche
della particella e della soluzione
nel quale e’ immersa.
Emoglobina
4.4
Ribosomi batterici
80
Acidi nucleici
3-100
Virus
40-1000
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ESERCIZIO
Relativamente all’esercizio precedente, si determini la
frequenza di una centrifuga di raggio 0.3 m per ridurre il
tempo di sedimentazione di un fattore 108.
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CALORE E TEMPERATURA
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TEMPERATURA
Sensazione termica soggettiva
Definizione oggettiva?
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DILATAZIONE TERMICA
La maggior parte delle sostanze si dilata se viene riscaldata!
I termometri sono strumenti che usano la dilatazione termica di
un sostanza per misurare la temperatuta.
V (T) = V0 ⋅ (1+ αT)
V0 volume a T=0
α coefficiente di dilatazione termica
dipendono €
dalla sostanza termometrica scelta
Una scala termometrica e’ definita fissando il valore di 2
temperature di riferimento e divindendo l’intervallo tra le due in
un certo numero di unita’
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TEMPERATURA CELSIUS
La scala Celsius e’ definita fissando covenzionalmente
- T di fusione del ghiaccio 0°C
- T di ebollizione dell’acqua 100°C
E suddividendo l’intervallo in 100 unita’ scala centigrada
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TEMPERATURA ASSOLUTA
Gli esperimenti mostrano che esiste una temperatura al di
sotto della quale non e’ possibile raffreddare un corpo.
T= -273.15 °C zero assoluto
La scala assoluta viene definita fissando T=0 K allo zero
assoluto.
E’ una scala centigrada.
La temperatura assoluta e’ legata a quella Celsius dalla relazione:
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IL CALORE
Il calore e’ energia trasferita tra oggetti a diversa
temperatura
Se c’e’ passaggio di calore da un corpo A a un corpo B, l’energia
totale di A diminuisce e quella di B aumenta.
Un oggetto non contiene calore ma energia! Due oggetti possono
scambiarsi calore.
Se tra due oggetti puo’ avvenire scambio di calore sono a
contatto termico.
Se due corpi in contatto termico hanno temperatura diversa il
calore fluisce da quello piu’ caldo a quello piu’ freddo, fino a
quando non raggiungono entrambi la stessa temperatura.
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UNITA’ di MISURA del CALORE
>> Unita’ di misura nel S.I.
Unita’ pratica: caloria
Esercizio
Trasformare 2500 cal in J
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TERMOMETRO CLINICO
Basato sull’equilibrio termico e sulla dilatazione
termica:
- a contatto con un corpo il termometro e il mercurio
in esso contenuto si portano alla temperatura di
quel corpo
- il mercurio si dilata e risale nel tubo capillare che
lo contiene
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TEMPERATURA:
INTERPRETAZIONE MICROSCOPICA
La temperatura di un corpo e’ legata al livello medio di
agitazione termica della materia
Atomi e molecole di un corpo solido, liquido o gassoso:
• Energia cinetica Ucin funzione solo della Temperatura
Processi termici che coinvolgono variazioni di temperatura
corrispondono a scambi di energia cinetica molecolare tra
sistemi
• Energia potenziale Upot forze di coesione con le
molecole vicine
Dipende dallo stato di aggregazione
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STATI DI AGGREGAZIONE
SOLIDO: Upot >> Ucin
particelle ordinate in struttura regolare
LIQUIDO: Upot ~ Ucin
le particelle fluiscono
GAS: Upot << Ucin
le particella si muovono in tutte le direzioni
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CAMBIAMENTI DI STATO
I cambiamenti di stato avvengono a temperatura costante
nonostante venga fornito o sottratto calore.
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CALORE LATENTE
Il calore fornito durante fusione/evaporazione/sublimazione non
produce un aumento di temperatura ma e’ utilizzato per spezzare
il legami che tengono unite le molecole (cambia l’energia potenziale
delle molecole, non la loro energia cinetica).
Nei passaggi inversi (condenzazione/solidificazione/brinamento) il
sistema ricede la enegia acquisita in precedenza. Non si ha pero’
una diminuzione della temperatura ma il rafforzamento delle frze
di coesione tra le molecole del materiale.
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CALORE LATENTE
La quantita’ di calore ceduta o assorbita durante un
cambiamento di stato si determina come
Q=
k e detto calore latente dipende dalla sostanza e dalla
trasformazione.
K per una trasformazione e la sua inversa (es. solidificazione e
fusione) sono opposti.
ESERCIZIO
Calcolare la quantita’ di calore per fondere 3 kg di ghiaccio
(kf = 80 cal/g) Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa
EVAPORAZIONE E CONDENSAZIONE
A pressione atmosferica avvengono ad una temperatura
caratteristica (100°C per l’acqua) quando la transizione
coinvolge tutto il volume di sostanza.
Possono avvenire anche a temperature inferiori ma
coinvolgono solo le molecole sulla superficie del liquido
Il calore latente di evaporazione dipende dalla temperatura.
Es. K di evaporazione per l’acqua a 37°C e’ 580 cal/kg
(a 100°C e’ 537 cal/kg)
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METABOLISMO
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METABOLISMO
Insieme delle reazioni biochimiche all’ interno
dell’organismo necessarie per il sostentamento delle
funzioni vitali e per l’attuazione di lavoro meccanico
verso l’esterno
Alimenti
Ossidazione
ALIMENTAZIONE
L’uomo e’
omeotermo
TERMOREGOLAZIONE
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METABOLISMO BASALE
Minimo consumo energetico richiesto dai processi vitali:
• funzione cardiaca, respiratoria, ghiandolare e
nervosa
• tono muscolare
• mantenimento temperatura corporea
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METABOLISMO ADDIZIONALE
•
•
•
•
Lavoro muscolare
Lavoro mentale
Digestione
…
TOTALE = BASALE + ADDIZIONALE ~ 2500 kcal/die
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ALIMENTAZIONE
L’ossidazione delle sostanze organiche (carboidrati,
proteine e grassi) libera energia
Es.
C6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6 H2O + 666 kcal
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POTERE CALORICO
Proteine/zuccheri: 4.1 kcal/g
Grassi: 9.3 kcal/g
• Quanti grammi di zucchero soddisfano il fabbisogno
metabolico totale di 2500 kcal?
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Esercizio
Una persona a dieta svolge un’attivita’ fisica normale
consumando 2500 kcal/die mentre il suo regime alimentare
e’ di sole 1500 kcal. Se la differenza e’ compensata dai soli
grassi di riserva (1 g di grasso fornisce 9.3 kcal), di quanti kg
calera’ in un mese?
