TRASMISSIONE DEL CALORE

TERMODINAMICA
Laurea in LOGOPEDIA
corso integrato FISICA - disciplina FISICA MEDICA
TRASMISSIONE DEL CALORE
- TRASMISSIONE DEL CALORE
TRASMISSIONE DEL CALORE
1
TRASMISSIONE del CALORE
meccanismi di trasmissione del calore
1
convezione
PROPAGAZIONE MEDIANTE TRASPORTO DI MATERIA
conduzione
PROPAGAZIONE SENZA TRASPORTO DI MATERIA
irraggiamento
EMISSIONE DI ONDE ELETTROMAGNETICHE
(RADIAZIONE TERMICA)
evaporazione (sistemi biologici)
TRASMISSIONE DEL CALORE
2
TRASMISSIONE del CALORE
CONVEZIONE
PROPAGAZIONE MEDIANTE
TRASPORTO DI MATERIA
Q
= Kconv S ∆T (cal s–1)
∆t
∆T = variazione di temperatura
∆t = intervallo di tempo
S = superficie
Kconv = costante convettiva
fluidi nei sistemi biologici :
TRASMISSIONE DEL CALORE
3
2
sangue (animali)
linfa (vegetali)
TRASMISSIONE del CALORE
CONDUZIONE
3
PROPAGAZIONE SENZA
TRASPORTO DI MATERIA
∆T = variazione di temperatura
Q = K S ∆T(cal s–1) S = superficie
d
∆t
∆t = intervallo di tempo
K = conducibilità termica
d = distanza
MATERIALI DIVERSI K (kcal m–1 s–1 °C–1)
rame
9.2 10–2
0.3 10–4
legno
ghiaccio 5.2 10–4
polistirolo 9.3 10–6
acqua
1.4 10–4
5.5 10–6
aria
TRASMISSIONE DEL CALORE
4
TRASMISSIONE del CALORE
4
IRRAGGIAMENTO TERMICO
(RADIAZIONE TERMICA)
emissione di onde elettromagnetiche
da parte di corpo a temperatura T
intensità I = Q
∆t ∆S
cal s–1 m–2 oppure watt m–2
LEGGI DELL'EMISSIONE TERMICA
legge di Stefan
I = σ T4
(watt m–2)
legge di Wien λImax = 0.2897 (cm)
T
TRASMISSIONE DEL CALORE
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legge di Stefan
legge di Wien
I = σ T4
(watt m–2)
λImax = 0.2897 (cm)
T
intensità spettrale emessa
(Wm–2 µm–1) I
109
10000°K
6000°K
spettro visibile(400-700 nm)
108
107
106
4000°K
105
1000°K
104
103
102
10
λ (nm)
1
1 10 102103104 105106 lunghezza
TRASMISSIONE DEL CALORE 6
d'onda
TRASMISSIONE del CALORE
EVAPORAZIONE
6
(sistemi biologici)
calore di evaporazione H2O
H2O (t = 37°C) ≈ 580 cal g–1
(trasmissione di calore verso l'esterno)
esempio
evaporazione di 100 g H2O
58 kcal = 242.5 kJ
metabolismo basale = M.B. ≈ 50 kcal ora–1 m–2
(minima quantità di energia per garantire le funzioni vitali)
TRASMISSIONE DEL CALORE
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TERMODINAMICA dei SISTEMI BIOLOGICI
1
CORPO UMANO t ≈ 37°C ∆t ≈ 0
produzione energia
∆U ≈ 0
processi esotermici
ossidazione di : • carboidrati C
• grassi G
• proteine P
METABOLISMO DEL CORPO UMANO
8
TERMODINAMICA dei SISTEMI BIOLOGICI
2
produzione energia
processi esotermici
• Q interna
∆U > 0
•Q
ambiente
• L esterno
• L interno
∆U < 0
CORPO UMANO t ≈ 37°C
∆t ≈ 0
∆U ≈ 0
macchina a energia interna
L
η(%) = 100 L = 100
(convenzione segni)
∆U
JQ – L
TRASMISSIONE DEL CALORE
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.
TERMOREGOLAZIONE
1
meccanismi di trasmissione del calore
trasmissione interna ed esterna
(contatto tra organi interni e contatto superficie cutanea
con aria e vestiti)
• conduzione
• irraggiamento trasmissione esterna
(emissione termica)
trasmissione interna
(diffusione con distribuzione omogenea del calore interno
tramite liquidi biologici (sangue+linfa))
• convezione
• evaporazione trasmissione esterna (emissione)
calore di evaporazione
H2O (t = 37°C) ≈ 580 cal g –1
(sudorazione e respirazione)
TRASMISSIONE DEL CALORE
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2
TERMOREGOLAZIONE
perdita di calore
kcal
ora
100
perdita totale
evaporazione
50
conduzione
irraggiamento
o 22°
26°
11
30°
34°
°C
t
TERMOREGOLAZIONE
3
• conduzione, convezione, irraggiamento e evaporazione
dipendono dalla differenza fra temperatura corporea e
temperatura ambiente : tc – t
• evaporazione dipende dal rapporto tra la pressione parziale di
vapor acqueo p(H2O) e la pressione di vapor saturo pvs (H2O)
alla temperatura dell'ambiente
p vs (H2O)
umidità relativa =
p(H2O)
AMBIENTE FREDDO SECCO o.k.
AMBIENTE FREDDO UMIDO k.o.
AMBIENTE CALDO SECCO o.k.
AMBIENTE CALDO UMIDO k.o.
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