TRASMISSIONE DEL CALORE TERMODINAMICA Laurea in LOGOPEDIA corso integrato FISICA - disciplina FISICA MEDICA TRASMISSIONE DEL CALORE - TRASMISSIONE DEL CALORE 1 TRASMISSIONE DEL CALORE

TRASMISSIONE del CALORE 1 meccanismi di trasmissione del calore convezione PROPAGAZIONE MEDIANTE TRASPORTO DI MATERIA conduzione PROPAGAZIONE SENZA TRASPORTO DI MATERIA irraggiamento EMISSIONE DI ONDE ELETTROMAGNETICHE (RADIAZIONE TERMICA) evaporazione (sistemi biologici) 2 TRASMISSIONE DEL CALORE

TRASMISSIONE del CALORE 2 PROPAGAZIONE MEDIANTE TRASPORTO DI MATERIA CONVEZIONE Q = Kconv S DT (cal s–1) Dt DT = variazione di temperatura Dt = intervallo di tempo S = superficie Kconv = costante convettiva fluidi nei sistemi biologici : sangue (animali) linfa (vegetali) 3 TRASMISSIONE DEL CALORE

TRASMISSIONE del CALORE 3 PROPAGAZIONE SENZA TRASPORTO DI MATERIA CONDUZIONE DT = variazione di temperatura Q S S = superficie = K DT (cal s–1) Dt d Dt = intervallo di tempo K = conducibilità termica d = distanza MATERIALI DIVERSI K (kcal m–1 s–1 °C–1) rame ghiaccio acqua 9.2 10–2 5.2 10–4 1.4 10–4 legno polistirolo aria 0.3 10–4 9.3 10–6 5.5 10–6 4 TRASMISSIONE DEL CALORE

TRASMISSIONE del CALORE 4 IRRAGGIAMENTO TERMICO (RADIAZIONE TERMICA) emissione di onde elettromagnetiche da parte di corpo a temperatura T Q intensità I = cal s–1 m–2 oppure watt m–2 Dt DS LEGGI DELL'EMISSIONE TERMICA legge di Stefan I = s T4 (watt m–2) 0.2897 legge di Wien lImax = (cm) T 5 TRASMISSIONE DEL CALORE

I l (nm) I = s T4 (watt m–2) legge di Stefan 0.2897 legge di Wien lImax = (cm) T intensità spettrale emessa (Wm–2 mm–1) I 10000°K 109 6000°K 108 spettro visibile (400-700 nm) 107 106 4000°K 105 1000°K 104 103 102 10 l (nm) 1 1 10 102 103 104 105 106 lunghezza d'onda 6 TRASMISSIONE DEL CALORE

TRASMISSIONE del CALORE 6 EVAPORAZIONE (sistemi biologici) calore di evaporazione H2O H2O (t = 37°C) » 580 cal g–1 (trasmissione di calore verso l'esterno) esempio evaporazione di 100 g H2O 58 kcal = 242.5 kJ metabolismo basale = M.B. » 50 kcal ora–1 m–2 (minima quantità di energia per garantire le funzioni vitali) 7 TRASMISSIONE DEL CALORE

TERMODINAMICA dei SISTEMI BIOLOGICI 1 CORPO UMANO » D » D U » t 37°C t produzione energia processi esotermici ossidazione di : • carboidrati C • grassi G • proteine P METABOLISMO DEL CORPO UMANO 8 TRASMISSIONE DEL CALORE

TERMODINAMICA dei SISTEMI BIOLOGICI 2 produzione energia processi esotermici • Q interna D U > 0 • Q ambiente • L esterno D U < 0 • L interno CORPO UMANO t » 37°C D t » D U » macchina a energia interna L L h (%) = 100 = 100 (convenzione segni) D U JQ – L 9 TRASMISSIONE DEL CALORE .

meccanismi di trasmissione del calore 1 TERMOREGOLAZIONE meccanismi di trasmissione del calore • conduzione trasmissione interna ed esterna (contatto tra organi interni e contatto superficie cutanea con aria e vestiti) • irraggiamento trasmissione esterna (emissione termica) • convezione trasmissione interna (diffusione con distribuzione omogenea del calore interno tramite liquidi biologici (sangue+linfa)) • evaporazione trasmissione esterna (emissione) calore di evaporazione H O (t = 37°C) » 580 cal g –1 2 (sudorazione e respirazione) TRASMISSIONE DEL CALORE 10

t TERMOREGOLAZIONE perdita di calore 2 kcal ora 100 perdita totale evaporazione 50 conduzione irraggiamento t o 22° 26° 30° 34° °C TRASMISSIONE DEL CALORE 11

AMBIENTE CALDO UMIDO k.o. 3 TERMOREGOLAZIONE • conduzione , convezione , irraggiamento e evaporazione dipendono dalla differenza fra temperatura corporea e temperatura ambiente : t – t c • evaporazione dipende dal rapporto tra la pressione parziale di vapor acqueo p(H O) e la pressione di vapor saturo p (H O) 2 2 vs alla temperatura dell'ambiente p (H O) 2 vs umidità relativa = p(H O) 2 AMBIENTE FREDDO SECCO o.k. AMBIENTE FREDDO UMIDO k.o. AMBIENTE CALDO SECCO o.k. AMBIENTE CALDO UMIDO k.o. TRASMISSIONE DEL CALORE 12