UNITA DI MISURA DEL CALORE

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1 UNITA DI MISURA DEL CALORE S.I >>> Unita pratica: caloria Esercizio Trasformare 2500 cal in J

2 CAMBIAMENTI DI STATO I cambiamenti di stato avvengono a temperatura costante!

3 CALORE LATENTE Il calore fornito durante fusione/evaporazione/sublimazione non produce un aumento di temperatura ma e utilizzato per spezzare il legami che tengono unite le molecole (cambia l energia potenziale delle molecole, non la loro energia cinetica). Nei passaggi inversi (condenzazione/solidificazione/brinamento) il sistema ricede la enegia acquisita in precedenza. Non si ha pero una diminuzione della temperatura ma il rafforzamento delle frze di coesione tra le molecole del materiale.

4 CALORE LATENTE La quantita di calore ceduta o assorbita durante un cambiamento di stato si chiama calore latente Q = k dipende dalla sostanza e dalla trasformazione. ESERCIZIO Calcolare la quantita di calore per fondere 3 kg di ghiaccio (k f = 80 cal/g)

5 EVAPORAZIONE E CONDENSAZIONE A pressione atmosferica avvengono ad una temperatura caratteristica (100 C per l acqua) quando la transizione coinvolge tutto il volume di sostanza. Possono avvenire anche a temperature inferiori ma coinvolgono solo le molecole sulla superficie del liquido

6 METABOLISMO

7 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

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

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

10 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

11 POTERE CALORICO Proteine/zuccheri: 4.1 kcal/g Grassi: 9.3 kcal/g Quanti grammi di zucchero soddisfano il fabbisogno metabolico totale di 2500 kcal?

12 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?

13 POTENZA METABOLICA La potenza metabolica (MR) e l energia prodotta all interno del corpo umano nell unita di tempo. Se con U indichiamo l energia interna del nostro organismo L energia minima per unita di tempo necessaria per il mantenimento dei processi vitali e detta potenza metabolica basale (BMR). Il suo valore in media per una persona adulta e 1.2 W/kg.

14 RENDIMENTO Per compiere un lavoro meccanico L il nostro organismo consuma un energia E CONS > L. Definiamo rendimento: La potenza metabolica sviluppata durante un attivita motoria si determina come:

15 ESERCIZIO Si calcoli la potenza metabolica di una donna di massa 50 kg che scala una montagna alta 1000 m in 4 h supponendo un rendimento del suo corpo pari al 25%.

16 TERMOREGOLAZIONE Perdita di calore dall epidermide Perdita di calore con vapore acqueo e aria espirata Evaporazione del sudore Bassa temperatura ambiente: vasocostrizione, pelle d oca, brividi Alta temperatura ambiente: vasodilatazione, sudore

17 Esercizio Il calore latente di evaporazione dell acqua a 37 o C vale 580 cal/g. Si determini quante kcal vengono smaltite attraverso 10 g di sudore.

18 DIFFUSIONE E OSMOSI

19 PESO MOLECOLARE e MOLE Le masse di atomi e molecole sono misurate in uma 1 uma = kg (massa di un atomo di 12 C = 12 uma) Il peso molecolare di una molecola e la somma delle masse degli atomi che la compongono. Es: CO 2 m(c)= 12 uma M(O)= uma Una mole di una sostanza indica la quantita di quella sostanza che, espressa in grammi, e numericamente uguale al suo peso molecolare. Una mole di sostanza contiene un numero di Avogadro di molecole (N A = )

20 ESEMPIO Si calcoli la massa (in kg) corrispondente ad una mole di acqua (H 2 O) glucosio (C 6 H 12 O 6 ) m[h] = 1,008 uma m[o] = 15,999 uma m[c] = 12 uma

21 SOLUZIONI Sono miscele omogenee di due o più sostanze; quella presente in quantità maggiore è definita solvente, le altre soluti. Si definisce concentrazione molare (o molarita ) n = numero di moli di soluto V = volume della soluzione

22 MECCANISMI DI TRASPORTO PASSIVO Gli organismi viventi esplicano le loro funzioni biologiche regolando l assorbimento e l eliminazione di sostanze attraverso membrane che separano soluzioni di diversa composizione. I meccanismi di trasporto attraverso le membrane possono essere di tipo: Attivo coinvolgono processi biochimici (es. membrane renali) Passivo coinvolgono processi fisici: diffusione, filtrazione, osmosi

23 DIFFUSIONE LIBERA Trasporto di materia tra punti di un sistema liquido o gassoso i cui componenti sono presenti in concentrazioni diverse Stato iniziale: C A > C B A B Soluto: A B Solvente: B A All equilibrio: C uniforme Il moto di agitazione termica ( le molecole si muovono in ogni direzione in modo casuale) e il principale responsabile della diffusione. I processi di diffusione si verificano anche attraverso membrane permeabili

24 FILTRAZIONE Se ai lati di una membrana c e una differenza di pressione, si ha un flusso di solvente (ed eventualmente di soluto) dalla soluzione a pressione maggiore verso quella a pressione minore P 1 P 2 < P 1 Il flusso e tanto maggiore quanto maggiore e la differenza di pressione P 1 P 2 La presenza di una differenza di pressione si puo incrementare o diminuire il flusso di soluto dovuto alla differenza di concentrazione

25 OSMOSI Diffusione selettiva attraverso una membrana semipermeabile (permeabile al solvente ma non al soluto) Il solvente si muove dal compartimento a concentrazione minore verso quello a concentrazione maggiore La pressione efficace con cui la soluzione di sinistra richiama solvente attraverso la membrana e detta pressione osmotica

26 LEGGE DI VAN T OFF PER LE SOLUZIONI DILUITE La pressione osmotica di una soluzione diluita si calcola come: R= l atm/(mole K) = 8.31 J/(mole K) Unita di misura in S.I. >>>>

27 OSMOSI NEI SISTEMI BIOLOGICI Molte membrane biologiche sono selettive pareti capillari e intestinali membrane alveolare membrana cellulare tubuli renali La diffusione di sostanze dipende dalla differenza di pressione idraulica e osmotica tra i due lati della parete

28 FLUSSI ATTRAVERSO I CAPILLARI La differenza di pressione idraulica varia da 40-2=38 mmhg all estremita arteriosa del capillare a 15-2 = 13mmHg, all estremita venosa mentre quella di pressione osmotica e circa costante e dell ordine di mmhg lungo il capillare in media non vi e flusso netto di acqua e cristalloidi (sali, acidi, basi) in entrata e in uscita, ma vi e un flusso localizzato di fluidi in uscita dal capillare all estremita arteriosa e in ingresso al capillare all estremita venosa. Questa microcircolazione attorno al capillare consente il trasferimento di sostanze nutritive verso i tessuti e il richiamo di sostanze di scarto dai tessuti al sangue.

29 PLASMA FLUSSI ATTRAVERSO I CAPILLARI Le proteine del plasma non possono attraversare l endotelio capillare, permeabile solo ai cristalloidi (acidi, sali, basi) osmosi Tra plasma e liquido interstiziale c e una differenza di pressione filtrazione ARTERIOLA VENULA p 1 pressione idraulica nei capillari lato arteriola 40 mmhg π 1 pressione osmotica nei capillari 25 mmhg cost lungo il capillare p 1 pressione idraulica nei capillari lato venula 15 mmhg ENDOTELIO CAPILLARE p 2 pressione idraulica nei tessuti 2 mmhg π 2 pressione osmotica nei tessuti 0 p 2 pressione idraulica nei tessuti 2 mmhg LIQUIDO INTERSTIZIALE

30 PLASMA FLUSSI ATTRAVERSO I CAPILLARI p 1 pressione idraulica nei capillari lato arteriola 40 mmhg π 1 pressione osmotica nei capillari 25 mmhg p 1 pressione idraulica nei capillari lato venula 15 mmhg ENDOTELIO CAPILLARE p 2 pressione idraulica nei tessuti 2 mmhg π 2 pressione osmotica nei tessuti 0 p 2 pressione idraulica nei tessuti 2 mmhg LIQUIDO INTERSTIZIALE Flusso dovuto alla diff. di π cost. lungo il capillare Flusso dovuto alla diff. di p decrescente lungo il capillare

31 ARTERIOLA FLUSS0 TOTALE ATTRAVERSO I CAPILLARI PLASMA Flusso netto di acqua e prodotti di scarto in entrata nel capillare ENDOTELIO CAPILLARE Flusso netto di acqua e cristalloidi in uscita dal capillare LIQUIDO INTERSTIZIALE VENULA

32 SOLUZIONI ISOTONICHE Due soluzioni sono isotoniche se hanno la stessa pressione osmotica π 1 = π 2 Se le soluzioni hanno la stessa temperatura cio equivale a due soluzioni con la stessa concentrazione La soluzione 1 e ipertonica rispetto alla soluzione 2 se π 1 > π 2 La soluzione 1 e ipotonica rispetto alla soluzione 2 se π 1 < π 2

33 SOLUZIONI ISOTONICHE Due soluzioni sono isotoniche se hanno la stessa pressione osmotica π 1 = π 2 Se le soluzioni hanno la stessa temperatura cio equivale a due soluzioni con la stessa concentrazione La soluzione 1 e ipertonica rispetto alla soluzione 2 se π 1 > π 2 La soluzione 1 e ipotonica rispetto alla soluzione 2 se π 1 < π 2

34 SOLUZIONI ISOTONICHE Le soluzioni iniettate per via endovenosa devono essere isotoniche al plasma! SOLUZIONE ipertonica π soluzione > π plasma avvizimento globuli rossi ipotonica π soluzione < π plasma rigonfiamento globuli rossi

35 Esercizio La concentrazione di soluti nel plasma è pari a 0,31 moli/litro. Si calcoli la pressione osmotica del plasma. Si calcoli la concentrazione di soluto (in g/l) di una soluzione isotonica al plasma nel caso in cui il soluto sia glucosio (C 6 H 12 O 6 ).