trasmissione del calore - pg.infn.it · trasmissione del calore termodinamica 1 - trasmissione del...
TRANSCRIPT
TRASMISSIONE DEL CALORE
TERMODINAMICA
1
- 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
Q∆t
= 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
4
CONDUZIONE PROPAGAZIONE SENZATRASPORTO DI MATERIA
Q∆t
= K ∆T(cal s–1)Sd
S = superficie∆t = 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 = 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 = 0.2897T
(cm)
TRASMISSIONE DEL CALORE 6
legge di Stefan I = σ T4 (watt m–2)
legge di Wien λImax = 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
λ (nm)
intensità spettrale emessa(Wm–2 µm–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)
TERMODINAMICA dei SISTEMI BIOLOGICI
8
1
CORPO UMANO t ≈ 37°C ∆t ≈ 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
η(%) = 100 L∆U = 100 L (convenzione segni)
JQ – LTRASMISSIONE DEL CALORE
TERMOREGOLAZIONE 1
10
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)H2O (t = 37°C) ≈ 580 cal g–1
trasmissione esterna (emissione)
TRASMISSIONE DEL CALORE
11
TERMOREGOLAZIONE 2
o 22° 26° 30° 34°
50
100
kcalora
perdita di calore
perdita totaleevaporazione
conduzioneirraggiamento
t°C
12
TERMOREGOLAZIONE 3
conduzione, convezione, irraggiamento e evaporazionedipendono dalla differenza fra temperatura corporea etemperatura 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.