TRASMISSIONE DEL CALORE

TERMODINAMICA

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- TRASMISSIONE DEL CALORE

corso integrato FISICA - disciplina FISICA MEDICA

TRASMISSIONE DEL CALORE

Laurea in LOGOPEDIA

TRASMISSIONE DEL CALORE

TRASMISSIONE del CALORE 1

2

meccanismi di trasmissione del calore

convezionePROPAGAZIONE MEDIANTE TRASPORTO DI MATERIA

conduzionePROPAGAZIONE SENZA TRASPORTO DI MATERIA

irraggiamento

(RADIAZIONE TERMICA)EMISSIONE DI ONDE ELETTROMAGNETICHE

evaporazione (sistemi biologici)

TRASMISSIONE DEL CALORE 3

TRASMISSIONE del CALORE 2

CONVEZIONE PROPAGAZIONE MEDIANTE TRASPORTO DI MATERIA

Qt

= Kconv S T (cal s–1)

t = intervallo di tempoS = superficie

T = variazione di temperatura

Kconv = costante convettiva

fluidi nei sistemi biologici : linfa (vegetali) sangue (animali)

TRASMISSIONE DEL CALORE

TRASMISSIONE del CALORE 3

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CONDUZIONE PROPAGAZIONE SENZATRASPORTO DI MATERIA

Qt

= K T (cal s–1)Sd

S = superficiet = intervallo di tempo

d = distanzaK = conducibilità termica

T = variazione di temperatura

MATERIALI DIVERSI K (kcal m–1 s–1 °C–1)

rameghiaccioacqua

9.2 10–2

5.2 10–4

1.4 10–4

legnopolistiroloaria

0.3 10–4

9.3 10–6

5.5 10–6

TRASMISSIONE DEL CALORE

TRASMISSIONE del CALORE 4

5

IRRAGGIAMENTO TERMICO(RADIAZIONE TERMICA)

emissione di onde elettromagnetiche da parte di corpo a temperatura T

intensità I = Qt S

cal s–1 m–2 oppure watt m–2

LEGGI DELL'EMISSIONE TERMICA

legge di Stefan I = T4 (watt m–2)

legge di Wien Imax = 0.2897T

(cm)

TRASMISSIONE DEL CALORE 6

legge di Stefan I = T4 (watt m–2)

legge di Wien Imax = 0.2897T

(cm)

109

108

107

106

105

104

103

102

10

1 10 1021031041051061

10000°K6000°K

4000°K

1000°K

spettro visibile(400-700 nm)

lunghezza d'onda

(nm)

intensità spettrale emessa(Wm–2 m–1) I

TRASMISSIONE DEL CALORE 7

TRASMISSIONE del CALORE 6

EVAPORAZIONE (sistemi biologici)

calore di evaporazione H2O

(trasmissione di calore verso l'esterno)

H2O (t = 37°C) 580 cal g–1

evaporazione di 100 g H2O 58 kcal = 242.5 kJesempio

metabolismo basale = M.B. 50 kcal ora–1 m–2

(minima quantità di energia per garantire le funzioni vitali)

TRASMISSIONE DEL CALORE

TERMODINAMICA dei SISTEMI BIOLOGICI

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1

CORPO UMANO t 37°Ct 0 U 0

processi esotermiciproduzione energia

ossidazione di : • carboidrati C • grassi G • proteine P

METABOLISMO DEL CORPO UMANO

.

9

TERMODINAMICA dei SISTEMI BIOLOGICI2

processi esotermiciproduzione energia

• 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

(%) = 100 LU

= 100 L (convenzione segni)JQ – L

TRASMISSIONE DEL CALORE

TERMOREGOLAZIONE 1

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meccanismi di trasmissione del calore

• conduzione(contatto tra organi interni e contatto superficie cutanea

con aria e vestiti)

trasmissione interna ed esterna

• irraggiamento(emissione termica)

trasmissione esterna

• convezione(diffusione con distribuzione omogenea del calore interno

tramite liquidi biologici (sangue+linfa))

trasmissione interna

• evaporazionecalore di evaporazione

(sudorazione e respirazione)H2 O (t = 37°C) 580 cal g–1

trasmissione esterna (emissione)

TRASMISSIONE DEL CALORE

TRASMISSIONE DEL CALORE

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TERMOREGOLAZIONE 2

o 22° 26° 30° 34°

50

100

kcalora

perdita di calore

perdita totaleevaporazione

conduzioneirraggiamento

t°C

TRASMISSIONE DEL CALORE

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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 divapor acqueo p(H2O) e la pressione di vapor saturo p (H2O)

alla temperatura dell'ambiente

•vs

umidità relativa = p (H2O)p(H2O)vs

AMBIENTE FREDDO SECCO o.k. AMBIENTE FREDDO UMIDO k.o.

AMBIENTE CALDO SECCO o.k.AMBIENTE CALDO UMIDO k.o.