La Materia

1
LA MATERIA
Il componente base della MATERIA è latomo
costituito dai nuclei (protoni e neutroni) e
dagli elettroni su orbite esterne. Linterazione
nucleo-elettroni mantiene latomo compatto e
neutro. Atomi interagenti possono rimanere
isolati o aggregarsi in molecole che
interagiscono elettricamente tra loro per dare ai
diversi materiali la loro forma caratteristica.
Acqua
Idrogeno
Ossigeno
2
STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA
Solido Il corpo ha volume e forma ben
definiti Liquido Il corpo ha volume ben
definito, ma assume la forma del recipiente che
lo contiene ( ) Gassoso il corpo occupa tutto
lo spazio disponibile
Si dice fluido un corpo allo stato liquido o
gassoso
2
3
STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA
Disposizione degli atomi in (a) un solido
cristallino (b) un liquido (c) un gas
3
4
SOLIDI
In un materiale solido gli atomi e le molecole
sono distribuiti nello spazio in modo ordinato e
le forze di interazione si oppongono ad ogni
cambiamento delle distanze reciproche. Ogni
sollecitazione esterna determina una deformazione
e forze di richiamo (elastiche) che tendono a
riportare gli atomi nelle posizioni originali.
5
SFORZI E DEFORMAZIONI
Un solido può essere in equilibrio statico anche
se sottoposto a forze (che tendono a
deformarlo). Lo sforzo è u.d.m. nel S.I. N
m-2 Se si ha una variazione di lunghezza si può
definire la deformazione
S
L
?L
5
6
Elasticità Dei Materiali Solidi
S
Se, quando la sollecitazione viene tolta la
dimensione del corpo torna al valore iniziale,
si parla di elasticità
Deformazione
Modulo di Young
Sforzo
Sforzo Mod.Young x Deformazione
7
Legge di Hooke
Per deformazioni di piccola entità esiste una
proporzione diretta e lineare tra sforzo e
deformazione
Y Modulo di Young (N/m2)
8
LEGGE DI HOOKE
La deformazione ha un andamento lineare fino al
punto 1 poi una deformazione plastica non
reversibile fino al punto 3 che è il punto di
rottura
2
3
1
Se la deformazione è prodotta da una forza
crescente e varia in modo proporzionale alla
forza si dice che il materiale segue la legge di
Hooke
8
9
TRAZIONE E COMPRESSIONE
Molti materiali non omogenei hanno un
comportamento diverso a secondo che lo sforzo sia
applicato in trazione o compressione.
9
10
I corpi con Y elevato si deformano meno quelli
con Y basso sono duttili. A parità di sforzo
applicato si deformano meno quelli con Y
maggiore. Il valore di Y è diverso per lo stesso
materiale se si tratta di trazione o di
compressione. Es le ossa hanno un Y1.8 1010
N/m2 in trazione mentre il valore si dimezza in
compressione, le ossa cioè si deformano
elasticamente deformandosi di più e sopportando
carichi più elevati in compressione rispetto alla
trazione.
Le ossa
10
11
FLESSIONE
Se il corpo è costituito da fibre parallele le
superiori sono sottoposte a compressione le
inferiori a trazione, le centrali né luna né
laltra. Strati sottoposti a sforzi
differenziali. Un tubo e un cilindro pieno
oppongono la stessa resistenza
11
12
TAGLIO E TORSIONE
Se la sollecitazione è applicata tangenzialmente
ad una superficie, si parla di sforzo di taglio
le superfici interne del materiale tendono a
scorrere le une sulle altre
In torsione la parte più vicina allasse viene
meno sollecitata di quella esterna
12
13
Fratture Ossee
La contrazione muscolare contrasta leccessiva
flessione dellosso. La sollecitazione
perpendicolare allasse. La rottura parte dalla
parte in trazione
14
OSSO
Torsione la sollecitazione è tangente
allasse. La parte più vicina allasse è meno
sollecitata per cui la rottura parte dallesterno
La contrazione muscolare 1) limita gli
spostamenti laterali e contrasta la flessione 2)
applica una sollecitazione in compressione che
carica la parte sollecitata in trazione per
evitare frattura
Si rompe qui
15
Elasticità delle Strutture Muscolari
Il muscolo si allunga per trazione. Per valori
piccoli dello sforzo lallungamento è lineare.
Oltre un certo sforzo gli allungamenti crescono
rapidamente e si arriva alla rottura.
15
16
Elasticità delle Strutture Muscolari
Lattivazione dello strato muscolare della parete
vasale avviene per effetto del sistema nervoso
autonomo (simpatico) che cambia la pendenza della
curva rendendola più ripida inizialmente a
maggiore deformabilità (compliance) e si
ripercuote sulla ampiezza del polso pressorio e
sulla pressione arteriosa media.
Curva sforzo-deformazione della parete arteriosa
per lattivazione contrattile dello strato
muscolare interno alla parete vasale
17
VASI
I vasi sono composti da elastina (deformabile) e
collagene (rigido). Globalmente sono come la
gomma, si deforma per piccole sollecitazioni e
per grandi si irrigidisce
Tunica
17
18
Elasticità delle Strutture Vascolari
Nel caso delle arterie la deformabilità
diminuisce con letà la ripetuta dilatazione
determina la rottura dellelastina. Un fattore
che determina la curva è lattivazione
contrattile del muscolo circostante.
età
18
19
Sforzo-deformazione per i diversi materiali
20
FORZE INTERMOLECOLARI
Le forze intermolecolari dipendono dalla
reciproca distanza, dellordine di 2? 3 10-10 m.
r0 è di equilibrio rgt r0 genera forze
attrattive rlt r0 genera forze repulsive
20
21
FLUIDI
Hanno forze intermolecolari deboli le molecole
possono muoversi le une rispetto alle altre. Si
definisce densità del fluido il rapporto tra la
massa del fluido e il volume occupato Nel
caso dei liquidi esistono forze di attrazione
(Van Der Waals) tra le molecole che le mantengono
ravvicinate senza creare un rigida struttura
geometrica per cui non hanno una posizione fissa
nello spazio il liquido ha un volume ben
definito ma assume la forma del recipiente e la
densità è costante.
Unità di misura nel S.I. Kg/m3
21
22
Nel caso dei gas le forze intermolecolari sono
così deboli da permettere lo spostamento libero
di ogni particella per cui il gas occupa tutto lo
spazio disponibile e la densità non è
costante. Si può dire che le molecole del gas si
muovono di moto rettilineo fra un urto e
laltro. Mole è la quantità espressa in grammi
di una sostanza uguale al peso molecolare della
sostanza. Es una mole di O2 è costituita da 32 g
di ossigeno. In una mole è contenuto un numero
di Avogadro di molecole NA 6.02 1023
molecole/mole
Unità di misura nel S.I. mol
22
23
STATO GASSOSO
Gas perfetto insieme di molecole libere di
muoversi in un recipiente interagendo
elasticamente e soggette allagitazione
termica. Si parla di energia cinetica media che è
legata alla temperatura. I gas reali sono
approssimabili a perfetti se rarefatti e a
temperatura ambiente.
23
24
I LIQUIDI

• Le forze elettriche tra le molecole
• Non sono tali da determinare un reticolo
  cristallino come nei solidi
• Sono sufficienti a mantenere le particelle a
  distanza costante e quindi il volume resta
  definito e la densità costante

• Se la temperatura del liquido
• viene aumentata sopra un valore di soglia, i
  legami tra le molecole si spezzano e il liquido
  diventa gas
• Viene diminuita sotto un limite definito, i
  legami si rafforzano e il liquido si solidifica

• Le temperature di transizione da una fase
  allaltra dipendono dal liquido e dalla
• pressione esterna.
• I tre parametri fondamentali di un liquido che ne
  definiscono il comportamento sono
• la densità ?
• la tensione superficiale t
• la viscosità ?

25
PRESSIONE
Si definisce pressione il rapporto fra la
componente normale della forza agente su una
superficie Fn e larea A della superficie sulla
quale la forza agisce
A
25
26
UNITÀ DI MISURA DELLA PRESSIONE
Unità di misura nel c.g.s.
Unità di misura nel S.I.
26
27
PRESSIONE
I fluidi esercitano pressione in tutte le
direzioni.
La pressione in un fluido ad una data profondità
è la stessa in ogni direzione isotropia della
pressione. Quindi si parla di pressione in un
punto generico P.
27
28
PRINCIPIO DI PASCAL
La pressione esercitata in un punto di un fluido
si trasmette inalterato in ogni punto di esso.
F2
F1
A1
p1
p2
A2
Dispositivo per lamplificazione di forze (pressa
idraulica)
28
29
PRESSIONE IDROSTATICA
La pressione in un punto del liquido in
equilibrio è uguale alla pressione esistente
sulla superficie più quella dovuta al peso della
colonna di liquido sovrastante.
h
S
29
30
LEGGE DI STEVINO
Condizioni di equilibrio
1
2
è la densità del fluido
dove
30
31
CONSEGUENZE DELLA LEGGE DI STEVINO
La pressione esercitata da una colonna di liquido
sulla sua base dipende dalla sua altezza, ma non
dipende dalla sezione.
31
32
CONSEGUENZE DELLA LEGGE DI STEVINO
PRINCIPIO DEI VASI COMUNICANTI Poiché la
pressione è uguale alla stessa profondità, il
liquido si dispone in recipienti comunicanti, ma
di varia forma, alla stessa altezza.
32
33
La pressione idrostatica dipende dalla profondità
non dalla forma del recipiente. Per misurare la
pressione in una cavità si può collegare la
cavità con un trasduttore esterno attraverso un
tubo. Il trasduttore deve essere alla stessa
altezza della cavità.
33
34
Nello sfigmomanometro a colonnina di mercurio la
pressione idrostatica della colonnina è
equilibrata dalla pressione che si vuole
misurare. La corrispondenza fra laltezza della
colonna di mercurio e la pressione che si genera
alla base dà la pressione
?13600 kg/m3 per Hg La pressione generata da 1
mm di Hg è P 1.36 104 ?9.8 10-3 133 Pa Un cm
di H2O genera P 103 ?9.8 10-298 Pa
34
35
PRINCIPIO DI ARCHIMEDE

• Un corpo immerso in fluido è sottoposto ad una
  forza, detta spinta di Archimede Sa
• diretta verticalmente verso lalto
• di intensità uguale al peso del fluido spostato.

Sa
Sa
FASA?0Vg
PSa
Pmg
35
36
PRINCIPIO DI ARCHIMEDE
36
37
PRESSIONE ATMOSFERICA
La pressione esercitata dallatmosfera su tutti i
corpi immersi in essa è uguale, al livello della
superficie terrestre, alla pressione esercitata
da una colonna di Hg alta 760 mm.
Esperienza di Torricelli
37
38
UNITÀ DI MISURA DELLA PRESSIONE
1 mmHg pressione esercitata da una colonna di
mercurio alta 1 mm
1 cmH2O pressione esercitata da una colonna di
acqua alta 1 cm
1 mmHg 1.36 cmH2O
1 atm 760 mmHg
1 atm ? 1.013 105 Pa 106 barie
38
39
UNITÀ DI MISURA DELLA PRESSIONE
39
40
PRESSIONE
Due colonne di fluidi diversi esercitano la
stessa pressione se
Le altezze sono inversamente proporzionali alle
densità
40
41
MISURATORI DI PRESSIONE
La differenza di pressione fra due ambienti è
proporzionale al dislivello nel tubo ad U
Manometro a tubo aperto o differenziale
41
42
LA TENSIONE SUPERFICIALE
? Energia Potenziale per unità di superficie
Pi
Pe
Le molecole in superficie sentono solo le forze
dovute alle molecole interne. Il liquido è
incomprimibile per cui in superficie le molecole
si comportano come se ci fosse una membrana
elastica.
42
43
PRESSIONE E RAGGIO DI CURVATURA
Come dipende la pressione che si esercita sulla
calotta sferica dal raggio della calotta e dalla
tensione superficiale
p pi-pe
Formula di Laplace
43
44
TENSIONE SUPERFICIALE E ALVEOLI POLMONARI
Nei polmoni lo scambio gassoso avviene attraverso
gli alveoli che sono collegati ai bronchi e sono
rivestiti internamente da uno strato di
liquido. Per riempire gli alveoli di aria si crea
una depressione intratoracica (Pe) con il
movimento delle costole e del diaframma, in modo
che la pressione degli alveoli diventi come
quella atmosferica (Pa). La depressione da
generare deve essere inversamente proporzionale
al raggio degli alveoli
44
45
TENSIONE SUPERFICIALE E ALVEOLI POLMONARI
Ma gli alveoli nel polmone non hanno tutti uguale
grandezza e quindi non potrebbero avere la stessa
pressione interna ed esterna, uguale tensione
della parete e diverso raggio. Questo è possibile
grazie al liquido che ricopre le pareti degli
alveoli che contiene un surfactante (un sapone)
che modifica la tensione. La tensione varia con
la dimensione dellalveolo e fa sì che alveoli di
diverso raggio possano coesistere con identiche
pressioni interne ed esterne.
46
EMBOLIA GASSOSA
p
p
p
p1lt p
p
p
p0
Se vengono iniettate bollicine nelle vene e/o
arterie queste si incuneano a livello
precapillare e bloccano il circolo. Perchè?
La bolla arriva ad aver la forma di proiettile
quando il suo diametro è superiore al vaso la
pressione interna della bolla è uguale a quella
che genera il moto nel sangue la deformazione
della superficie anteriore con diminuzione del
raggio di curvatura fa aumentare la pressione
interna che diventa maggiore di quella del sangue
e quindi non permette a questultimo di circolare
e la pressione a valle si annulla, per cui il
moto di ferma.
47
Legge di Laplace per superfici elastiche
La Legge di Laplace mette in relazione la
pressione allinterno di una cavità a parete
elastica con la tensione ed i raggi di curvatura
locali. In questo caso la pressione interna non
è dovuta alla tensione elastica del liquido ma
alla deformazione elastica della parete di
contenimento.
pe
pi
R1
R2
?
48
Legge di Laplace
Atleta
Normale
Scompenso
Nel caso del cuore la tensione contrattile t
della parete determina la pressione interna che
deve raggiungere un valore adeguato (100mmHg).
Quando per sport o malattia il cuore si dilata e
quindi R aumenta, per avere la stessa pressione
deve aumentare la tensione contrattile.
Nellatleta questo si ottiene con lispessimento
della parete muscolare, nel caso di malattia si
deve aumentare la forza contrattile delle singole
fibre muscolari peggiorando la situazione da un
punto di vista meccanico e biochimico. (aumento
del consumo di ossigeno)
49
Rottura di un aneurisma
s
R2
R1
Dilatazione aneurismatica delle arterie
In questo caso la pressione endoarteriosa rimane
costante e per compensare laumento di diametro
legato a traumi o degenerazioni, la parete vasale
subisce un aumento di tensione elastica t con
conseguente assottigliamento della parete stessa
fino alla rottura del vaso.
50
Effetti della Tensione Superficiale - Capillarità
Forze di coesione
La Capillarità è un fenomeno che si manifesta
quando un liquido viene a contatto con altri
materiali ad esempio lumidità che risale i
muri, il comportamento del cotone idrofilo.
Lorigine del fenomeno è la differente forza di
attrazione tra le molecole dei diversi materiali.
Forze di adesione
Forze di coesione gt Forze di adesione Caso Hg -
Vetro Pulito
Forze di adesione gt Forze di Coesione Caso H2O
Vetro Pulito
51
Innalzamento per capillarità
pa
?
?
h
pa
?
r
Legge di Jurin
52
Innalzamento per capillarità
53
MOTO IN UN LIQUIDO IDEALE
Nei liquidi reali cè attrito interno, quindi
viscosità. I liquidi ideali sono considerati
privi di viscosità e incomprimibili. Quindi la
densità del liquido ideale è considerata
costante.
53
54
PORTATA DI UN CONDOTTO
Portata Q volume di fluido che attraversa una
sezione del condotto nellunità di tempo
S
Unità di misura nel S.I. m3/s
54
55
Se il condotto non è a sezione costante
attraverso S1 e S2 le velocità avranno modulo v1
e v2 e le portate
S2
S1
Se il condotto non è a sezione costante ma la
portata è costante le sezioni attraversate e le
velocità sono inversamente proporzionali. (Legge
di continuità o di Castelli)
55
56
MOTO STAZIONARIO

• In un moto stazionario
• le caratteristiche del moto non dipendono dal
  tempo
• la portata è costante in tutte le sezioni del
  condotto.

La velocità è inversamente proporzionale allarea
della sezione del condotto.
56
57
TEOREMA DI BERNOULLI
Il teorema di Bernoulli si applica ad un fluido
ideale (incompressibile e senza viscosità) in
moto stazionario in un condotto a pareti rigide.
d)
b)
v2
a)
c)
p2
v1
p1
h2
h1
57
58
Su qualunque sezione del condotto
? Pressione Cinetica
? Pressione Idrostatica
? Pressione Idraulica
Se moltiplico per il volume di liquido ottengo
? Energia Cinetica
? Energia Potenziale
? Energia di Pressione
59
In un ?t la quantità di liquido tra a) e c) è
contenuta in b) e d). Se v1 e v2 sono le velocità
del liquido in a) e b) rispettivamente, dopo ?t
a) si è spostata di v1??t e b) di v2??t e le
masse di liquido spostato saranno
uguali. Spostare il liquido implica lavoro. Ci
sono 2 contributi L1 e L2. L1 è il contributo
dovuto alla gravità per spostare la massa di
liquido da h1 a h2 L2 è il lavoro fatto
dalle forze legate alle pressioni p1 e p2 gli
spostamenti sono v1 ?t e v2 ?t
59
60
Quindi il lavoro totale L è dato da L1L2
Ma L è dato anche dalla variazione di energia
cinetica della massa di liquido quindi
Raggruppando i termini con lo stesso indice si ha
60
61
CONSEGUENZE DEL TEOREMA DI BERNOULLI (1)
Se il fluido è in quiete, si ricava la legge di
Stevino
61
62
CONSEGUENZE DEL TEOREMA DI BERNOULLI (2)
Condotto orizzontale a sezione costante
Condotto orizzontale a sezione variabile
62
63
CONSEGUENZE DEL TEOREMA DI BERNOULLI (3)
In Fisiologia Cardiovascolare Stenosi
restringimento di un vaso sanguigno
63
64
CONSEGUENZE DEL TEOREMA DI BERNOULLI (4)
Aneurisma allargamento di un vaso sanguigno
64
65
PRESSIONE SANGUIGNA
Si suppone il sangue un liquido ideale. Teorema
di Bernoulli
Si suppone che la velocità del sangue sia la
stessa
Allora anche la pressione è la stessa
65
66
La pressione idrostatica influenza molto il
valore della pressione sanguigna
c
t
p
66
67
LIQUIDO REALE
In un liquido reale le pur limitate forze
esistenti tra le molecole di un liquido
determinano una resistenza al moto ed una
dissipazione di energia. Si introduce così il
concetto di viscosità.
67
68
VISCOSITÀ
Viscosità attrito interno fra le particelle del
fluido che produce un caratteristico profilo
delle velocità (parabolico) in un condotto. Non
servirebbe una forza per mantenere in moto il
liquido perché lenergia cinetica si
conserverebbe.
68
69
COEFFICIENTE DI VISCOSITÀ
Il coefficiente varia con la temperatura e con la
pressione diminuisce allaumentare della
temperatura, aumenta con la pressione.
Rappresenta la forza di attrito interno per unità
di area e per gradiente unitario di velocità.
v
r?r
S
r
v?v
69
69
70
COEFFICIENTE DI VISCOSITÀ
Unità di misura di ? nel S.I.
Unità di misura di ? nel c.g.s.
Acqua a 20 C ? 1 cpoise Sangue a 37 C ? 3
- 5 cpoise
70
71
MOTO LAMINARE
Non si conserva lenergia cinetica nel moto del
liquido reale per cui per avere un moto costante
bisogna applicare una forza. In un condotto la
pressione diminuisce fra i due estremi
71
72
SANGUE
Nel sangue ? non dipende solo dalla temperatura e
pressione ma anche dalla composizione. Poiché man
mano che scorre perde la sua energia meccanica
per attrito, serve la pompa che fornisca
energia. Il sangue è un liquido non newtoniano (è
newtoniano se vale che ? è indipendente dalla
velocità)
72
73
I Liquidi (moto laminare caduta di pressione)
Legge di Hagen- Poiseuille
Leffetto della viscosità si manifesta con moto
laminare e caduta di pressione lungo il condotto
(perdita di carico) il tutto è descritto come
resistenza idraulica.
74
Liquidi (Moto Vorticoso)
r
Quando il condotto che trasporta il liquido ha
variazioni della sezione si avrà cambiamento
della velocità media e del proflo di flusso nei
restringimenti si avrà aumento di velocità e
profilo più appuntito ( soffi vascolari)
vc è la velocità critica, al di sopra della quale
il moto da laminare diventa turbolento, Re è il
numero di Reynolds
75
SEDIMENTAZIONE
Spinta Archimede
Forza peso
Forza di Stokes
?0
v
?
?
Velocità di sedimentazione
75
76
CENTRIFUGAZIONE
Per aumentare la velocità di sedimentazione si
genera una forza apparente che si sostituisce
alla forza di gravità e può essere variata a
piacere la forza centrifuga
76
77
VES vel di eritrosedimentazione
Nel caso di infezioni, nel plasma si formano
composti (fibrinogeno) che alterano la forza di
repulsione elettrica tra gli eritrociti il
risultato è la formazione di corpuscoli più
grandi, che sedimentano più rapidamente.
77
78
Le Soluzioni
Si ha una soluzione quando un solido si dissolve
allinterno di un liquido. Se nella dissoluzione
le molecole si dividono in ioni si ha una
soluzione elettrolitica.
ConcentrazioneQuantità di soluto / Quantità di
solvente
Concentrazione Ponderale massa del soluto /
volume soluzione mg/l Concentrazione Molare
moli di soluto / volume soluzione
n/l Frazione Molare moli di
soluto / moli di solvente n1 /n2 In
medicina lindicazione della concentrazione è
importante per 1. verificare il discostamento
dal valore normale di una soluzione (colesterolo
HDL nel plasma mg/l ) 2. Indicare la quantità di
farmaco da iniettare al paziente (vitamina
100mg/ml
79
Le Soluzioni Diffusione (1)
C4
C2
C1
C3
La diffusione è il processo di dissoluzione che
separa le molecole del soluto e le distribuisce
nel solvente e dipende sia dal solvente che dal
soluto con movimento delle molecole di soluto
dalle zone con bassa concentrazione a quelle con
alta.
80
Le Soluzioni Diffusione (2)

• Nella funzione polmonare vale la medesima legge
  dove lossigeno diffonde
• nel sangue dallinterno degli alveoli attraverso
  la parete alveolare in base
• alla legge di Flick lo scambio di ossigeno
  dipende da
• La differenza di concentrazione di ossigeno tra
  alveolo e sangue
• La superficie di scambio
• Lo spessore della parete alveolare
• Quindi per ossigenare il sangue si può
• Aumentare la concentrazione di ossigeno nellaria
  inspirata dal paziente
• Aumentare la superficie di scambio mantenendo una
  pressione più alta allinterno degli alveoli.

81
Le Soluzioni - Diffusione di un gas in un liquido
Le molecole del gas si muovono libere e possono
diffondere nel liquido dopo averlo urtato ma
intanto le molecole del gas disciolte posso
fuoriuscire e diffondersi nellatmosfera gassosa.
Il processo si stabilizza quando la
concentrazione del gas nel liquido raggiunge un
valore proporzionale alla pressione del gas nella
zona di contatto (pressione parziale). Anidride
carbonica è molto solubile in acqua mentre
lOssigeno molto poco.
82
Le Soluzioni - Osmosi
Membrana semipermeabile
h
C1
C2
?
Solvente
Il solvente quindi si muove dal settore con minor
concentrazione di soluto a quello con maggior
concentrazione provocando un aumento di livello
del settore a maggior concentrazione. Si ha
equilibrio quando la pressione idrostatica
compensa la differenza di pressione generata dal
soluto nei due settori (pensando al soluto come
un gas con diversa densità e quindi pressione).
Losmosi avviene a livello di liquidi intra ed
extracellulari e la membrana è semipermeabile la
pressione osmotica totale dei diversi ioni dentro
a fuori deve portare ad un equilibrio senza
svuotamento della cellula.
83
Il Calore e la Temperatura
Temperatura percezione di caldo e di
freddo. Termometro strumento che quantifica
(numero) la percezione di caldo e di freddo
___
?h

84
Il Calore e la Temperatura
T
-273
0C 100 C
85
Calore e Temperatura (Capacità Termica)
mcs Capacità termica
CsCalore specifico quantità di calore da cedere
alla massa unitaria di una sostanza per avere
aumento di temperatura di un grado.
Caloria  quantità di calore necessario per
elevare da 14,5 a 15,5 oC  la temperatura di un
grammo di acqua distillata situata a livello del
mare (pressione di 1 atm). (1Cal4186 Joule)
86
Meccanismi di trasferimento del calore
Conduzione
Legge di Fourier
Uno strato di grasso esterno (alto spessore e
bassa conducibilità termica) è un ottimo isolante
per molti mammiferi.
Convezione
Formula di Newton k coefficiente di
conduttività esterna
S
v
T1
T0
87
Meccanismi di trasferimento del calore
Irraggiamento
Legge di Stefan s cost. di Stefan 5.67 ?10-8
W/m2 K4 e coefficiente di emissività
S
S
T (K)
88
I GAS
Nel caso di sostanze gassose le forze di coesione
interatomica ed intermolecolare sono estremamente
deboli e le particelle, nel loro moto disordinato
tendono ad occupare tutto lo spazio disponibile.
Gas
Per i gas rarefatti vale la legge di stato
R8.314472 J K-1 mol-1 Costante dei gas perfetti
89
Cambiamenti di stato (o di fase)
T1
T2
t
Calore latente quantità di calore necessaria per
il cambiamento di fase della unità di massa della
sostanza (calore latente di fusione del ghiaccio
è 80cal/kg, quello di evaporazione per H20
bollente è 540cal/kg).
90
Teoria Cinetica dei Gas Perfetti (1)
Lo Stato del sistema è univocamente determinato
dalla misura dei valori delle Grandezze Fisiche
(G.F.) macroscopiche p, V, T.
Quali relazioni esistono tra le G.F.
macroscopiche del sistema ed il comportamento
delle singole particelle? (Velocità, energia
cinetica etc.)
91
Teoria Cinetica dei Gas Perfetti (4)
Temperatura ed energia cinetica delle particelle
kB 1.38 10-23 J K-1
Al variare della temperatura lenergia media
delle particelle del gas aumenta.
92
Mettiamo una pentola sul fornello.
93
Teoria Cinetica dei Gas Perfetti (5)
E la Pressione?
La pressione può essere aumentata sia aumentando
la temperatura (aumentando lenergia media delle
particelle), sia aumentando la densità molecolare
del gas.
94
Trasformazioni Termodinamiche
P
Stato del sistema
V
Trasformazione Termodinamica
95
Trasformazioni Termodinamiche (scambi energetici)
S
F
p
dL
p
A
B
V
A
A

A


pcost
Tcost
B
A
Vcost

?

?


B

B
B
Isobara Isoterma
Isocora Adiabatica
W 0, ?Q ?E
W p?V
?Q 0, ?E p?V
W ?Q p?V, ?E 0
96
Principi della Termodinamica
Un sistema termodinamico può scambiare con
lambiente calore e lavoro.
1 Principio della termodinamica Calore, lavoro
ed energia interna di un sistema termodinamico
possono essere scambiati purché resti costante
lenergia totale. ?E?Q-?W
2 Principio della Termodinamica non è possibile
costruire una macchina che trasformi in lavoro
tutto il calore prelevato da un corpo senza altri
effetti.
97
Cicli termodinamici
Ciclo termodinamico sequenza di trasformazioni
termodinamiche che riportano il sistema allo
stato iniziale. Il ciclo è finalizzato alla
trasformazione di una parte del calore scambiato
in lavoro. Rendimento del ciclo termodinamico
rapporto tra il calore ceduto al sistema ed il
lavoro prodotto dal sistema. Il rendimento ? è
sempre minore di uno.
98
Ciclo Termodinamico di Carnot
Q1
Q2
A
Ciclo di CARNOT
T1
B
D
T2
C
99
LEntropia (1)
T
A
p
p(V)
Sistema
V
B
V
Ambiente
Q
Sistema
TS
?E
TA
Universo
?EQ-W
W
Ambiente
Siamo in grado di prevedere levoluzione del
fenomeno?
100
LEntropia (2)
Il secondo principio pone limitazioni alla
trasformazione totale di calore in lavoro, in
quanto una parte di calore viene dispersa
nellambiente con progressivo aumento della T
dellAmbiente e quindi anche dellUniverso. LEntr
opia é una grandezza di stato di un sistema
termodinamico e la sua variazione può essere
quantificata come rapporto tra il calore
scambiato e la temperatura alla quale è stato
scambiato.
UniversoSistemaAmbiente
Q
TS
TA
?E
Sistema
W
Ambiente
Universo