Due corpi a temperature t 1 e t 2 (t 2 > t 1 ) sono posti in contatto termico, isolati dall ambiente circostante. t 1 t 2

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1 EQUILIBRIO TERMICO Due corpi a temperature t 1 e t 2 (t 2 > t 1 ) sono posti in contatto termico, isolati dall ambiente circostante t 1 t 2 Dopo un certo tempo, i due corpi raggiungeranno una temperatura intermedia di equilibrio t f t f t f 1

2 TERMOMETRO CLINICO Basato sull equilibrio termico Termometro a massima 2

3 TERMOMETRO CLINICO Basato sull equilibrio termico Termometro a massima La strozzatura tra il bulbo e il tubo capillare permette, sfruttando la tensione superficiale, di conservare la lettura della temperatura massima dopo la rimozione del termometro 3

4 TEMPERATURA: INTERPRETAZIONE MICROSCOPICA Anche in presenza di un moto collettivo, gli atomi e le molecole di un corpo sono in uno stato di moto caotico e disordinato. La temperatura di un corpo e legata al livello medio di tale agitazione termica della materia Particella di un corpo solido, liquido o gassoso: Energia cinetica U cin agitazione termica Energia potenziale U pot legami chimici Energia interna U cin + U pot Dalla combinazione di U cin e U pot risultano i vari stati di aggregazione della materia 4

5 STATI DI AGGREGAZIONE SOLIDO: U pot >> U cin particella ordinate in struttura regolare LIQUIDO: U pot ~ U cin le particelle fluiscono GAS: U pot << U cin le particelle si muovono in tutte le direzioni 5

6 CAMBIAMENTI DI STATO SOLIDO: U pot >> U cin particella ordinate in struttura regolare Innalzando il livello termico aumenta U cin liquido (e viceversa) LIQUIDO: U pot ~ U cin le particelle fluiscono Innalzando il livello termico aumenta U cin gas (e viceversa) GAS: U pot << U cin le particella si muovono in tutte le direzioni 6

7 CAMBIAMENTI DI STATO I cambiamenti di stato avvengono a temperatura costante 7

8 CALORE Nelle transizioni termiche viene scambiato calore Quando due corpi a temperature diverse sono messi a contatto viene trasferita energia termica dal corpo piu caldo al corpo piu freddo il corpo piu freddo guadagna U cin e quindi sale in temperatura Il calore puo essere ceduto o assorbito >> Unita di misura nel S.I. : [J] 1 cal = J 1kcal = 4186 J 8

9 CAMBIAMENTI DI STATO I cambiamenti di stato avvengono a temperatura costante benche venga scambiato (ceduto o assorbito) calore che si dice calore latente 9

10 TRASMISSIONE DEL CALORE convezione PROPAGAZIONE MEDIANTE TRASPORTO DI MATERIA conduzione PROPAGAZIONE SENZA TRASPORTO DI MATERIA irraggiamento EMISSIONE DI ONDE ELETTROMAGNETICHE (RADIAZIONE TERMICA) 10

11 Meccanismo di propagazione tipico dei fluidi, in cui il trasporto di calore è associato al trasporto di materia Esempi: Radiatore in una stanza; Acqua in una pentola; CONVEZIONE Nei sistemi biologici: sangue e linfa. fornello In generale, la quantità di calore Q scambiata in un certo tempo è proporzionale alla superficie S del radiatore ed alla differenza di temperatura ΔT tra radiatore e stanza: 11

12 CONDUZIONE Meccanismo di propagazione del calore nei solidi S T 1 T 2 Q K = conducibilità termica del materiale d 12

13 IRRAGGIAMENTO Trasmissione di calore per emissione di onde elettromagnetiche da parte di un corpo a temperatura assolutat. Avviene anche nel vuoto! Esempi: Energia solare; Animali a sangue caldo emettono onde infrarosse; Corpi arroventati emettono luce. 13

14 METABOLISMO 14

15 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 L uomo e omeotermo ALIMENTAZIONE TERMOREGOLAZIONE 15

16 ALIMENTAZIONE L ossidazione delle sostanze organiche (carboidrati, proteine e grassi) libera energia Es. C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6 CO H 2 O kcal 16

17 ALIMENTAZIONE L ossidazione delle sostanze organiche (carboidrati, proteine e grassi) libera energia Es. C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6 CO H 2 O kcal Energia accumulata nei legami chimici della molecola di ATP (adenosintrifosfato) e successivamente utilizzata per il sostentamento dell organismo e per l attivita motoria 17

18 METABOLISMO BASALE Minimo consumo energetico richiesto dai processi vitali: funzione cardiaca, respiratoria, ghiandolare e nervosa tono muscolare mantenimento temperatura corporea 18

19 METABOLISMO ADDIZIONALE Lavoro muscolare Lavoro mentale Digestione TOTALE = BASALE + ADDIZIONALE ~ 2500 kcal/die 19

20 POTENZA METABOLICA MR Metabolic rate kcal/tempo BMR Basal metabolic rate Parametro diagnostico importante determinabile per esempio con uno spirometro attraverso la misura della quantita di ossigeno consumato nella combustione delle sostanze in cui gli alimenti sono scomposti 20

21 LAVORO E POTENZA MUSCOLARE Solo parte dell energia impegnata viene trasformata in lavoro utile Rendimento η = lavoro utile/energia impegnata = potenza meccanica/potenza muscolare 21

22 POTENZA METABOLICA MR Metabolic rate kcal/tempo BMR Basal metabolic rate Parametro diagnostico importante determinabile per esempio con uno spirometro attraverso la misura della quantita di ossigeno consumato nella combustione delle sostanze in cui gli alimenti sono scomposti MR = BMR + potenza muscolare = BMR + potenza meccanica/η 22

23 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? 23

24 POTERE CALORICO Proteine/zuccheri: 4.1 kcal/g Grassi: 9.3 kcal/g 24

25 TERMOREGOLAZIONE Perdita di calore dall epidermide Perdita di calore con vapore acqueo e aria espirata Evaporazione del sudore Bassa temperatura ambiente (T<< 37 o C): vasocostrizione, pelle d oca, brividi Alta temperatura ambiente (T 37 o C) o sforzo fisico: vasodilatazione, sudore 25

26 conduzione trasmissione interna ed esterna contatto tra organi interni contatto superficie cutanea con aria e vestiti irraggiamento emissione termica TRASMISSIONE CALORE NEL CORPO UMANO trasmissione esterna convezione trasmissione interna diffusione con distribuzione omogenea del calore interno tramite sangue convezione trasmissione esterna sudorazione e respirazione H 2 O (t = 37 C) 580 cal g 1 26

27 Esercizio Il calore latente di evaporazione dell acqua a 37 o C vale 580 cal/g. Si determini quanto calore viene smaltito attraverso 10 g di sudore 27

28 MECCANICA DEI FLUIDI Fluidostatica: fluidi in quiete Fluidodinamica: fluidi in moto 28

29 FORMA VOLUME SOLIDO propria proprio LIQUIDO contenitore proprio GASSOSO contenitore contenitore FLUIDI FLUIDI masse densita forze pressioni 29

30 PRESSIONE Pressione = forza/superficie p = F/A >> Unita di misura nel S.I.: [N/m 2 ] = [Pa] Pascal 1 Pa = 1 kg / 1 m/ 1 s 2 30

31 PRINCIPIO DI PASCAL La pressione esercitata sun un punto della superficie limite di un fluido si trasmette inalterata in tutte le direzioni 31

32 PRESSIONE IDROSTATICA Pressione esercitata in un punto in profondita dalla colonna di fluido che lo sovrasta (p idr ) P = F p /A con F P A peso colonna sovrastante A superficie che contiene P h (p idr ) P = m g /A = d V g /A = P = d A h g/a = d g h 32

33 Esercizio Si verifichi che le unita di misura di d g h sono quelle di una pressione 33

34 PRESSIONE IN UN FLUIDO IN QUIETE P p 0 Quali e quante pressioni in P? 1) pressione esterna (tipicamente pressione atmosferica) 2) pressione idrostatica Pressione totale = p 0 + dgh LEGGE di STEVINO 34

35 PRINCIPIO DEI VASI COMUNICANTI In base alla legge di Stevino tutti i punti alla stessa profondita hanno lo stesso valore di pressione in un sistema di vasi comunicanti di qualsiasi forma la superficie limite si porta sempre alla stessa altezza rispetto ad un piano di riferimento poiche la pressione esterna, tipicamente la pressione atmosferica, e la stessa in ogni punto della superficie 35

36 PRESSIONE ATMOSFERICA Peso della colonna di aria che ci sovrasta di altezza quindi pari all altezza dell atmosfera p atm = d g h con d densita aria h altezza atmosfera 36