Lezione 26/10/2010
annuncio pubblicitario
Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa ELETTROMAGNETISMO Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa Seconda legge di Ohm La resistenza elettrica di un conduttore di sezione S e lunghezza l si calcola come: S l Seconda legge di Ohm Unità di misura: • R = resistenza elettrica in Ω • l = lunghezza del conduttore in m • S = sezione del conduttore (in m² - unità pratica mm²) • ρ = resistività del conduttore (in Ω·m - unità pratica Ω · cm) resistività: - caratteristica del materiale - dipende dalla temperatura Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa ESERCIZIO Una fibra nervosa puo’ essere approssimata come un lungo cilindro. Se il suo diametro e’ 10-5 m e la sua resistivita’ e 2 Ωm, qual’e’ la resistenza di una fibra lunga 0.3 m? Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa CORRENTE CONTINUA e ALTERNATA Se il verso della corrente e’ costante nel tempo la corrente si dice continua. Le leggi studiate fin ad ora valgono per la corrente continua Se il verso della corrente si inverte periodicamente la corrente si dice alternata. Per generare una corrente alternata occorre una differenza di potenziale alternata. La differenza di potenziale tra i due poli di una comune presa di corrente e’ alternata (in Europa f=50 Hz) Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa CORRENTE ALTERNATA Se colleghiamo una resistenza R ad una differenza di potenziale alternata, la potenza media dissipata nella resistenza e’ uguale a quella che si avrebbe se alla resistenza fosse applicata una differenza di potenziale costate di 220 V P = IΔV = I220V R = ΔV /I = 220V / I Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa CONDUZIONE ELETTRICA NEL CORPO UMANO Il corpo umano è un buon conduttore elettrico perché nei suoi liquidi vi è un’elevata concentrazione di ioni. La resistenza offerta al passaggio di corrente dipende dai punti tra cui è applicata la tensione e dalle condizioni: la pelle secca è isolante (R=2kW), se bagnata conduce (R=2W) Il passaggio di corrente può sviluppare calore, soprattutto nei punti in cui la corrente esce ed entra dal corpo, e causare scottature e ustioni Se la corrente attraversa la regione cardiaca possono prodursi eccitazioni che interferiscono con l’attività di cuore e polmoni Tempi di esposizione alla corrente brevi (< 1s) non sono in genere pericolosi Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa Conduzione elettrica nel corpo umano Tempi di esposizione lunghi ad una corrente alternata con frequenza 50Hz possono dar luogo a: I ~ 1 mA 10 mA 70 mA 100÷200 mA > 200 mA ok tetanizzazione dei muscoli difficoltà di respirazione fibrillazione ustioni e blocco cardiorespiratorio Se assumiamo per il corpo umano una R=2kW (pelle asciutta) il contatto accidentale con la tensione alternata presente nelle nostre case darebbe luogo ad una corrente: Potenzialmente mortale Per questo nelle case ci sono dispositivi di messa a terra e un interruttore salvavita che controlla la corrente che circola nell’impianto e interrompe il circuito in pochi ms se riscontra anomalie Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa MAGNETISMO Il magnetismo è una delle proprietà fondamentali della materia Alcune pietre (calamite naturali o magneti) si attraggono a vicenda ed attraggono materiali come il ferro o l’acciaio Un pezzo di acciaio temperato in presenza di un magnete acquista proprietà magnetiche che non perde neppure quando lo si separa dal magnete: diventa una calamita permanente Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa LA TERRA E’ UNA GRANDE CALAMITA Un ago calamitato libero di girare intorno al suo centro (bussola) assume rispetto alla terra una posizione definita, orientandosi lungo la direzione nord-sud. L’estremità dell’ago che si orienta verso Nord si chiama “Polo Nord” del magnete. Analogamente è chiamata “Polo Sud” l’estremità che si rivolge a Sud Anche la Terra si comporta come una grande calamita Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa POLI MAGNETICI Qualunque magnete presenta un Polo Nord e un Polo Sud. Se si spezza in due un magnete si ottengono 2 magneti, ciascuno con un Polo Sud e un Polo Nord. Fino ad oggi non si è ancora riusciti ad individuare un oggetto magnetico costituito da un ‘unico polo Il polo Nord di una calamita respinge il polo Nord di un’altra calamita, mentre attrae il suo Polo Sud Poli uguali si respingono Poli opposti si attraggono repulsione attrazione Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa CAMPO MAGNETICO Un magnete perturba lo spazio circostante generando intorno a se un campo magnetico (B). >>> Unita’ di misura nel S.I. Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa EFFETTO del CAMPO MAGNETICO su una CARICA ELETTRICA B Sperimentalmente vedo che si esercita una forza che dipende da: Carica q della particella Modulo v della velocità della particella Intensità del campo magnetico B Angolo θ tra v e B Una particella neutra non e’ mai sottoposta a forza Una particella carica ferma non e’ sottoposta a forza Se il moto e’ parallelo alle linee di forza del campo magnetico, la particella carica non e’ sottoposta a forza Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa FORZA DI LORENTZ F = q v B senθ Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa FORZA ELETTRICA E FORZA MAGNETICA F=qE • FELETTRICA e’ parallela o antiparallela a E FMAGNETICA e’ perpendicolare a B • FELETTRICA agisce su una particella carica, sia ferma che in movimento FMAGNETICA agisce solo su una particella carica in movimento • FELETTRICA compie lavoro FMAGNETICA non compie lavoro - Quindi l’energia cinetica di una particella carica non può essere modificata da B Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa ONDE ELETTROMAGNETICHE Si può verificare sperimentalmente che un campo elettrico variabile nel tempo produce un campo magnetico un campo magnetico variabile nel tempo produce un campo elettrico Campo magnetico variabile genera campo elettrico questo campo elettrico è variabile e genererà un campo magnetico questo campo magnetico è variabile e genererà a sua volta un campo elettrico variabile … Il Risultato è la produzione di un’onda che si propaga nello spazio (onda elettromagnetica) Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa COS’E’ UN’ONDA? OSCILLAZIONI che si propagano nello spazio con trasporto di energia ma senza trasporto di materia Un’ oscillazione ma ... di che cosa? Oscillazione dei vettori campo elettrico e magnetico Oscillazione dei punti di un mezzo materiale ONDA ELETTROMAGNETICA si propaga anche nel vuoto ONDA ELASTICA (esempio: onde del mare, onde sonore, onde lungo una corda vibrante) Se l’oscillazione si ripete ad intervalli regolari l’onda è detta periodica Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa TIPI DI ONDE Onde trasversali vibrazione propagazione esempio : onda lungo una corda Onde longitudinali vibrazione esempio : onda di percussione in un solido propagazione Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa LUNGHEZZA D’ONDA Immaginiamo di fotografare una corda in oscillazione otteniamo un’istantanea a tempo fissato Grafico: - Asse x distanza del puntoconsiderato dalla sorgente - Asse y spostamento di un punto dalla sua posizione di equilibrio Lunghezza d’onda: distanza tra due massimi successivi; si indica con λ (“lambda”) e si misura in metri Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa PERIODICITA’ NEL TEMPO Fissiamo un punto, per esempio A, e vediamo come varia la sua posizione nel tempo al passaggio dell’onda A Grafico: - Asse x tempo - Asse y spostamento di un punto dalla sua posizione di equilibrio Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa PERIODO e FREQUENZA Periodo: distanza tra due massimi successivi; si indica con T e si misura in secondi Frequenza: l’inverso del periodo, f = 1/T, si misura in secondi-1 Periodo (e frequenza) sono caratteristiche intrinseche dell’onda Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa VELOCITA’ DI PROPAGAZIONE λ V = = λ⋅ f T La velocita’ di propagazione di un’onda dipende dal mezzo. Es per le onde sonore: € Materiale Velocità di propagazione Aria 344 m/s Acqua 1480 m/s Tessuto corporeo 1570 m/s Legno 3850 m/s NOTA: Nel passaggio tra due mezzi con diverse velocità di propagazione, la frequenza dell’onda si mantiene inalterata mentre varia la lunghezza d’onda. Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa ONDE SONORE ONDE SONORE: compressione e rarefazione aria • Se di frequenza compresa tra 20 Hz e 20000 Hz suono udibile dall’orecchio umano • Sotto i 20 Hz infrasuoni • Sopra i 20000 ultrasuoni Gli ultrasuoni hanno numerose applicazioni mediche, per esempio flussimetria Doppler, ecografia e applicazioni fisioterapiche e frantumazione di calcoli renali. Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa ESERCIZIO Un pipistrello puo’ avvertire ultrasuoni fino alla frequenza di 130000 Hz. Calcolare la lunghezza d’onda degli ultrasuoni in aria. Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa ONDE ELETTROMAGNETICHE Tutte le onde em nel vuoto si propagano con la stessa velocità, pari alla velocità della luce: c= 3·108 m/s (massima velocita’ raggiungibile in natura) In un mezzo si propagano con v<c, dipendete dal mezzo. Definiamo indice di rifrazione di un mezzo c n= V Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa SPETTRO ELETTROMAGNETICO All’ aumentare della frequenza aumenta l’energia Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa SPETTRO ELETTROMAGNETICO Come vengono utilizzate le onde elettromagnetiche alle varie frequenze? Scintigrafia SPECT Radioterapia Radiologia TAC Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa UTILIZZO RAGGI X Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa TAC (radiologia) TUBO A RAGGI X FASCIO DI RAGGI X RIVELATORI DEI RAGGI X ES. PAZIENTE Fisica Applicata, Area Infermieristica, M. Ruspa UTILIZZO RAGGI GAMMA: SPECT (medicina nucleare) al paziente viene iniettato un radiofarmaco, ovvero un farmaco marcato con un isotopo radioattivo emettitore di raggi γ il paziente diventa una sorgente di raggi gamma, in particolare i tessuti che metabolizzano il farmaco informazioni morfologiche e funzionali SOLO RIVELATORI (no tubo a raggi X!!!) ES.
