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1 TEMPERATURA Il corpo umano percepisce le variazioni di temperatura con le sensazioni di caldo e freddo Molte grandezze fisiche variano al variare della.

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Presentazione sul tema: "1 TEMPERATURA Il corpo umano percepisce le variazioni di temperatura con le sensazioni di caldo e freddo Molte grandezze fisiche variano al variare della."— Transcript della presentazione:

1 1 TEMPERATURA Il corpo umano percepisce le variazioni di temperatura con le sensazioni di caldo e freddo Molte grandezze fisiche variano al variare della temperatura volume dei corpi pressione di un gas viscosità di un liquido resistenza elettrica È possibile usare una di queste grandezze fisiche per definire e misurare la temperatura

2 2 MISURA DELLA TEMPERATURA Per la misura della temperatura si usa il termometro: un bulbo riempito di mercurio che può espandersi in un capillare di vetro C Al variare della temperatura del bulbo il mercurio di espande nel capillare e le sue variazioni di lunghezza sono tradotte in misura della temperatura La temperatura del corpo umano si misura con i termometri "a massima"

3 3 SCALE TERMOMETRICHE Celsius Farenheit FC PUNTI FISSICELSIUSFARENHEIT ghiaccio fondente0oC0oC32 o F acqua bollente100 o C212 o F cambiamenti di scala

4 4 DILATAZIONE TERMICA Quasi tutti i corpi si dilatano quando la temperatura aumenta è il coefficiente di dilatazione termica cm 3 V0V0 V0V g/cm 3 cm 3 V0V0 V0V0 T (°C) 04 Lacqua ha un comportamento anomalo : Il suo volume decresce con laumentare della temperatura fino a 4 C e poi aumenta allaumentare della temperatura

5 5 LEGGI DEI GAS PERFETTI Isoterma = cost pV = cost Isobara p = cost V = V o (1+ ) Isocora V = cost p = p o (1+ ) Per tutti i gas reali risulta approssimativamente gas ideale Si chiama gas perfetto o gas ideale, quel gas che obbedisce incondizionatamente alle precedenti leggi.

6 6 EQUAZIONE DI STATO n : numero di moli R: costante universale T: temperatura assoluta pV= nRT T= c o C e si misura in gradi kelvin (K) mole: quantità in grammi pari alla massa molecolare N A (numero di Avogadro): numero di molecole contenute in 1 mole ( )

7 7 CALORE Si chiama energia interna la somma delle energie, cinetica (moto di agitazione molecolare) e potenziale (forze di legame intermolecolare), possedute dagli atomi e dalle molecole che costituiscono un corpo. Allinterno di un solido, liquido, gas, le molecole sono in un continuo moto di agitazione completamente disordinato. La temperatura è la misura dellenergia cinetica media delle molecole.

8 8 CALORE È stato osservato che ad ogni diminuzione di energia meccanica, si verifica un riscaldamento, cioè la produzione di calore. Si chiama calore lenergia assorbita o ceduta da un corpo a livello molecolare, cioè lenergia direttamente assorbita o ceduta dalle molecole del corpo. Il calore scambiato da un corpo può produrre: 1) una variazione di temperatura (variazione dellenergia molecolare); 2) una variazione dello stato di aggregazione del corpo (modificazione dei legami molecolari, cioè dellenergia chimica).

9 9 CALORE kilocaloria (kcal) o grande caloria (Cal): quantità di calore necessaria per portare da 14.5 C a 15.5 C la temperatura della massa di 1 kg di acqua distillata. caloria o piccola caloria (cal): quantità di calore necessaria per portare da 14.5 C a 15.5 C la temperatura della massa di 1 g di acqua distillata. 1 kcal = 1 Cal = 1000 cal Il calore è una forma di energia e nel S.I. si misura in joule (J). Molti esperimenti hanno determinato lequivalente meccanico della caloria 1 kcal = 4180 joule 1 cal = 4.18 joule

10 10 CALORE Se lo scambio di calore non modifica lo stato di aggregazione di un corpo, il calore scambiato è Q = C ( f - i ) Q > 0 calore assorbito Q < 0 calore ceduto C = capacità termicaSe il corpo è omogeneo C=mc s c s è il calore specifico e la sua unità di misura è

11 11 CALORE Quando due corpi a diversa temperatura sono posti in contatto termico, si ha passaggio di calore dal corpo più caldo a quello più freddo fino a quando essi assumono la stessa temperatura (equilibrio termico). m 1 c 1 ( - 1 ) + m 2 c 2 ( - 2 ) = 0 Temperatura di equilibrio

12 12 CAMBIAMENTI DI STATO Il cambiamento di stato avviene ad una definita temperatura che dipende dalla sostanza e dalla pressione esterna Il cambiamento di stato avviene isotermicamente ed è accompagnato da uno scambio di calore, legato alle variazioni dellenergia chimica di legame SOLIDO LIQUIDO VAPORE fusione solidificazione ebollizione condensazione

13 13 CAMBIAMENTI DI STATO Si definisce calore latente L la quantità di calore necessaria per far compiere isotermicamente allunità di massa della sostanza un passaggio di stato Calore necessario per il passaggio di stato di una massa m di quella sostanza Per il passaggio di stato ghiaccio-acqua alla pressione atmosferica

14 14 CAMBIAMENTI DI STATO Cambiamenti di stato che avvengono a tutte le temperature ed i rispettivi calori latenti dipendono dalla temperatura SOLIDO LIQUIDO sublimazione evaporazione VAPORE Levaporazione avviene sino a quando lambiente non raggiunge la saturazione, cioè non può contenere altre molecole di quel liquido (vapore saturo) La pressione o tensione di vapore saturo è caratteristica della sostanza ed è funzione crescente della temperatura

15 15 CAMBIAMENTI DI STATO Temperatura di un campione di acqua in funzione del tempo quando viene somministrato un flusso costante di calore a pressione costante (1 atm). Temperatura (C) Tempo p=1 atm

16 16 PROPAGAZIONE DEL CALORE Il calore si propaga per conduzione (nei solidi senza movimento di materia) convezione (nei fluidi con movimento di materia) irraggiamento (per onde elettromagnetiche) La temperatura della pelle varia da punto a punto e sensibili variazioni di temperatura hanno luogo quando esiste qualche anomalia circolatoria o cellulare. Su questo principio si basa la termografia, in grado di rivelare variazioni di 0.1 C.

17 17 TERMOREGOLAZIONE La sorgente del calore corporeo è il metabolismo degli alimenti. Un uomo di 70 kg in condizioni di riposo produce circa 70 kcal/h; durante un esercizio fisico la produzione di calore può essere anche 20 volte maggiore La temperatura del corpo è rilevata da alcuni neuroni dellipotalamo, che sono sensibili alla temperatura del sangue circostante ed attivano alcuni meccanismi per mantenere affinché la temperatura rimanga costantemente uguale a 37 °C.

18 18 TERMOREGOLAZIONE I meccanismi di termoregolazione possono favorire la cessione del calore (vasodilatazione, sudorazione,...), ridurla (vasocostrizione) o produrre calore (brivido,...). Lequilibrio si raggiunge quando: H m = H c +H i +H t +H e H m : calore prodotto dal metabolismo H c : calore dissipato per convezione H i : calore dissipato per irraggiamento H t : calore dissipato per traspirazione del sudore H e : calore dissipato per evaporazione polmonare

19 19 LAVORO DI UN GAS Espansione di un gas a pressione costante A1A1 B1B1 p V AB VAVA VBVB Il lavoro è una forma di trasferimento denergia fra sistema ed ambiente esterno diversa dal calore.

20 20 PRIMO PRINCIPIO TERMODINAMICA Poiché il calore ed il lavoro sono due modi di trasferimento dellenergia, quando in un sistema termodinamico entra energia sotto forma di calore Q ed esce energia sotto forma di lavoro L, la loro differenza viene immagazzinata dal sistema sotto forma di energia interna U. QLUiUi UfUf U = U f - U i = Q - L

21 21 SECONDO PRINCIPIO TERMODINAMICA I fenomeni naturali presentano un verso privilegiato di evoluzione, quando avvengono spontaneamente: 1) Il lavoro si trasforma in calore; 2) Il calore passa spontaneamente da un corpo più freddo ad un corpo più caldo. È possibile rovesciare il verso naturale di questi fenomeni È possibile trasformare una parte del calore prelevato ad una sorgente in lavoro, ma occorre cedere il rimanente ad unaltra sorgente ad una temperatura più bassa. È possibile trasferire del calore da un corpo freddo ad un corpo caldo, impiegando un certo lavoro.

22 22 SECONDO PRINCIPIO TERMODINAMICA Calore e lavoro, pur essendo due diverse forme di energia, non sono del tutto equivalenti: Il lavoro è una forma di energia ordinata (più pregiata), mentre il calore è una forma di energia disordinata (meno pregiata). Formulazione di Kelvin: È impossibile realizzare una macchina che, lavorando in ciclo, trasformi interamente in lavoro il calore prelevato ad una sorgente. Formulazione di Clausius: È impossibile che il calore passi da un corpo più freddo ad uno più caldo senza una adeguata spesa di lavoro. Si dimostra che le due formulazioni sono equivalenti.

23 23 METABOLISMO DEL CORPO UMANO Lenergia utilizzata dallorganismo umano, per il suo funzionamento e per compiere una certa attività, è fornita dagli alimenti. Ad esempio: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 = 6CO 2 + 6H 2 O kcal alla pressione di 1 atm occorrono litri di ossigeno per liberare 666 kcal. Contenuto energetico del glucosio: Valore calorico dellossigeno:

24 24 METABOLISMO DEL CORPO UMANO Misurando il consumo dossigeno è possibile calcolare la variazione di energia interna allinterno dellorganismo. Metabolismo basale: consumo di energia per kg di peso corporeo e per secondo in condizioni di riposo. In media i valori sono: per le donneper gli uomini

25 25 METABOLISMO DEL CORPO UMANO Valori approssimati delle potenze metaboliche per unità di massa relative ad un uomo di 20 anni durante lo svolgimento di varie attività in W/kg Dormire1.1 Giacere sveglio1.2 Sedere eretto1.5 Stare in piedi2.6 Camminare4.3 Rabbrividire7.6 Pedalare7.6 Spalare9.2 Nuotare11.0 Spostare mobili11.0 Sciare15.0 Correre18.0

26 26 METABOLISMO DEL CORPO UMANO Il calore prodotto viene solo in parte trasformato in lavoro. Il resto viene eliminato tramite i meccanismi di termoregolazione Efficienza con cui lorganismo utilizza lenergia chimica degli alimenti per compiere lavoro Spalare3% Sollevare pesi9% Salire una scala23% Pedalare25% Camminare in salita30%


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