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TERMOLOGIA
Il calore è una forma di energia in transito da un corpo caldo ad un corpo freddo. La temperatura è una misura dell’energia media delle molecole che costituiscono un corpo.
SCALE TERMOMETRICHE
La misura della temperatura viene fatta sfruttando una proprietà fondamentale dei passaggi di stato: finchè il p.d.s. non è completo non cambia la temperatura perché tutta l’energia è usata per rompere i legami intermolecolari. Si usano i p.d.s. dell’acqua, il liquido più comune.
MODALITÀ DI TRAFERIMENTO DEL CALORE
Il trasferimento di calore da un corpo ad un altro può comportare diversi effetti, tra i quali i più rilevanti sono:
VARIAZIONE DELLA TEMPERATURA
Una quantità di calore Q ceduta ad un corpo solido o liquido (od anche gassoso, se si mantiene costante la pressione) produce su di esso una variazione di temperatura 
proporzionale alla quantità di calore ed inversamente proporzionale alla massa 
del corpo, secondo la relazione
dove 
è il calore specifico del corpo preso in considerazione.
Unità di misura: 
È tradizione usare anche come unità di misura del calore la caloria (cal) definita come la quantità di calore necessaria a far passare 1 g di acqua dalla temperatura di 14,5°C a 15,5°C alla pressione di una atmosfera.
Visto che il calore è energia in transito si può determinare l’equivalente meccanico della caloria, cioè il suo valore espresso in Joule
o grande caloria Cal, viene usata anche per misurare il potere calorico (energetico) dei vari alimenti, e vale la relazione 
.Esempio 1: Quanto calore serve per portare 10 litri d’acqua dalla temperatura di 20°C all’ebollizione (100°C)?
Il calore specifico dell’acqua è 
e 10 litri d’acqua equivalgono a 10 kg, per cui 
.
Esempio 2: Quanta energia assimilo digerendo 100 g di pesce (sogliola) conditi con un cucchiaio d’olio d’oliva?
Il potere calorico della sogliola è di 0,7 Cal/g mentre quello dell’olio d’oliva è 9,1 Cal/g. Se un cucchiaio d’olio sono 10g, le calorie assimilate (energia per il nostro organismo) sono:
E = 0,7x100+9,1x10=70+91=161 Cal
DILATAZIONE
Se un corpo solido o liquido viene scaldato normalmente si dilata in maniera proporzionale all’aumento di temperatura ed al volume occupato. La sua variazione di volume risulta
Dove 
indica il volume a 0°C 
è il coefficiente di dilatazione, caratteristico di ogni materiale.
La proporzionalità diretta tra l’aumento di volume e l’aumento di temperatura sta alla base del funzionamento del termometro clinico a mercurio.
STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA
I principale stati di aggregazione sono:
Liquidi e gas sono anche chiamati fluidi. Nei fluidi le molecole si muovono scorrendo le une sulle altre ed urtandosi. Ciò da luogo ad una forma di attrito interno misurata tramite la viscosità. Più un liquido è viscoso, tanto più è difficoltoso il suo movimento ed il movimento di corpi che in esso sono immersi (Es. : farmaci che facilitano la circolazione sanguigna diminuiscono la viscosità del sangue e ne rendono più difficile la coagulazione).
I solidi si suddividono in cristallini ed amorfi. Cristallini sono quelli in cui le molecole componenti sono ben ordinate in un reticolo di forma ben definita. Amorfi sono quelli in cui le molecole non sono disposte in maniera ordinata.
Altri stati di aggregazione sono il plasma (niente a che vedere col sangue), il cristallo liquido, lo stato di buco nero.
PASSAGGI DI STATO
A pressione fissata avvengono per ogni sostanza ad una temperatura ben determinata che rimane costante fintantoché non termina il passaggio di stato
Nella tabella seguente i passaggi di stato verso destra avvengono somministrando calore, verso sinistra sottraendo calore.
fusione vaporizzazione
solidificazione condensazione
volatilizzazione
sublimazione
PRESSIONE NEI FLUIDI
La pressione atmosferica è pari al peso per unità di superficie della colonna d’aria che ci sovrasta. Per questo diminuisce all’aumentare della latitudine.
Colonna di fluido di densità d
Livello 1
h
Livello 2
Area base A
Peso del fluido: 
Conseguentemente ne deriva la LEGGE DI STEVINO che dà la differenza di pressione tra il livello 1 ed il livello 2
Torricelli ha dimostrato che la pressione atmosferica al livello del mare è pari a quella esercitata da una colonna di mercurio alta 760 mm
Esempio: differenza di pressione nei vasi sanguigni a seconda dell’altezza da terra e a seconda che si stia distesi o in piedi.
Esempio: Trasfusioni e Fleboclisi.
Per poter effettuare queste cure si ricorre all’impiego di piante (colonne di ferro estensibili) alle quali sono appesi i flaconi. Il flacone va posto in alto per permettere di aumentare l’altezza della colonna di liquido contenuta nel tubicino di raccordo e quindi la sua pressione che deve vincere la pressione endovenosa.
Per produrre la pressione di 1mm di Hg serve una colonna d’acqua di altezza h tale che 
per cui
e una differenza di altezza tra il flacone ed il braccio del paziente di 1,5 m
può vincere una pressione endovenosa pari a
La pressione esercitata in un punto della superficie che delimita un fluido si trasmette in tutte le direzioni con la stessa intensità.
Praticando fori sulla superficie laterale di un recipiente (perpendicolarmente alla forza peso) il liquido fuoriesce con la stessa intensità in tutte le direzioni.
Dai fori praticati più in basso esce più liquido perché è maggiore la pressione (Stevino).
Esempio: Problema delle piaghe da decubito (cause:attrito, temperatura ecc.). Si può alleviare il problema con materassini ad aria o ad acqua. Il peso del corpo appoggiato sul materassino lo deforma aumentando la superficie di contatto e su ogni punto il fluido esercita sul corpo la stessa pressione che deve equilibrare il peso del corpo stesso. Aumentando la superficie di contatto la pressione sul corpo risulta minore ed equamente distribuita. Su un normale materasso invece i punti d’appoggio sono pochi ed il peso si concentra su di essi.
Esempio: manovra di Heimlich
Esempio: stecca pneumatica
VASI COMUNICANTI E CAPILLARITÀ
In vasi comunicanti il liquido in essi contenuto tende a distribuirsi ad uguale altezza.
Ciò non vale esattamente nei capillari dove le forze di adesione del liquido con le pareti del recipiente giocano un ruolo determinante, permettendo risalite od abbassamenti di livello a seconda che si abbiano forze di adesione più o meno grandi rispetto alle forze di coesione del liquido.
Esempio: L’acqua bagna le pareti di un recipiente di vetro e tende a risalire lungo di esse se la sezione del recipiente è piccola (capillare). Il mercurio al contrario non bagna le pareti e tende a rimanere ad un livello più basso del dovuto in un capillare.
Esempio: risalita della linfa dalle radici nel fusto delle piante.
Esempio: prelievo di sangue tramite capillare
SFIGMOMANOMETRO DI RIVA-ROCCI
La misurazione della pressione arteriosa può essere effettuata con l’uso dello sfigmomanometro di Riva-Rocci.
Esso è costituito da un manicotto gonfiabile che viene applicato al braccio. Il bracciale è connesso ad un manometro ed è gonfiabile con una pompetta di gomma. Mediante il manometro è possibile determinare il valore della pressione sufficiente ad occludere l’arteria omerale: in prima approssimazione essa è uguale alla pressione massima del sangue in tale vaso. La determinazione della pressione a cui avviene l’occlusione viene fatta mediante palpazione del polso radiale, oppure mediante l’ascolto dei rumori di Korotkov a livello del manicotto stesso (con stetoscopio) e viene fatta gonfiando il manicotto e poi lasciando decrescere la pressione. Quando appaiono i rumori di Korotkov (dovuti al moto vorticoso del sangue che comincia a passare attraverso l’arteria semiocclusa) si misura la pressione massima (sistolica) nell’arteria omerale che è anche una misura della pressione laterale nell’aorta (stessa altezza). Quando scompaiono i rumori significa che il sangue circola liberamente nell’arteria completamente libera per cui si ha una misurazione della pressione minima (diastolica).
Nella figura seguente:
In realtà misuro sempre differenze di pressione rispetto alla pressione atmosferica.
SPINTA DI ARCHIMEDE
Ogni corpo immerso in un fluido riceve una spinta verso l’alto pari al peso del fluido spostato.
Esempio: esercizi di riabilitazione di muscoli od articolazioni in acqua permettono minor sforzo perché alla forza di gravità è sottratta la spinta di Archimede.
FLUIDODINAMICA
Due sono le principali relazioni che regolano il moto del fluido in un condotto quando non sono presenti vortici e turbolenze (moto laminare): l’equazione di continuità e l’equazione di Bernoulli.
L’EQUAZIONE DI CONTINUITÀ
Quando un fluido deve attraversare le due sezioni del condotto indicate in figura nel tempo 
per cui 
, da cui si ottiene l’equazione di continuità
Tale equazione evidenzia come, per restare costante il prodotto, all’aumentare della sezione del condotto deve diminuire la velocità del fluido.
EQUAZIONE DI BERNOULLI
L’equazione di Bernoulli esprime la conservazione dell’energia per un fluido non viscoso, che non dissipa quindi energia negli attriti interni o con le pareti.
La somma dell’energia gravitazionale, cinetica e di pressione (lavoro fatto per spostare il fluido) per unità di volume è costante in ogni punto di un condotto.
Nella formula d,h,v e p indicano rispettivamente densità, altezza, velocità e pressione
tale equazione contiene la legge di Stevino quando la velocità del fluido è nulla.
Se consideriamo parti di condotto alla stessa altezza ne consegue che
per cui dove il fluido è più lento aumenta la pressione e viceversa.
La legge di Bernoulli non è ben seguita dal sangue che è un liquido molto viscoso, soprattutto a causa della grande quantità di globuli rossi presente.
Infatti con l’allontanarsi dal cuore la sezione dei vasi sanguigni diminuisce ma aumenta di molto il loro numero per cui la sezione totale aumenta. Per l’equazione di continuità diminuisce la velocità del sangue dirigendosi verso i capillari. Ciò dovrebbe far aumentare la pressione che in realtà nei capillari è molto piccola perché buona parte dell’energia fornita dalla spinta del cuore è dissipata nel cammino.
Arterie Arteriole Capillari Vene
VELOCITÀ E VISCOSITÀ
Per un fluido ideale (senza attrito) la velocità di scorrimento è costante in tutta la sezione del condotto.
Fluido reale viscoso: c’è attrito fra i vari strati di fluido che scorrono quindi con massima velocità al centro del condotto e minima vicino alle pareti. Una misura di questo attrito è la viscosità 
(eta) del fluido.
PORTATA: volume di fluido che passa nel condotto nell’unità di tempo.
Per un condotto cilindrico di sezione 
la portata 
si calcola:
Da cui, sostituendo l’espressione della velocità otteniamo l’equazione di Poiseuille per la portata
Se la portata è fissa la differenza di pressione ai capi del condotto vale
Ciò implica che se dimezzo 
la differenza di pressione aumenta di sedici volte!
Nelle arteriole la caduta di pressione è molto più grande che nelle arterie a parità di lunghezza.
La STENOSI o restringimento di un’arteria può provocare significativi aumenti della pressione. Una riduzione del raggio del 20% da (R a 0,8 R) causa un aumento della pressione di un fattore 
LEGGI DEI GAS
Il principio di Avogadro e leggi di Boyle e Gay-Lussac sono contenuti nell’equazione di stato dei gas perfetti, cioè composti da particelle puntiformi non interagenti. Tali condizioni sono ben approssimate da gas reali rarefatti e lontani dal punto di liquefazione.
Principio di avogadro: volumi uguali di gas diversi, nelle stesse condizioni di temperatura e pressione contengono lo stesso numero di molecole (22,4 litri di gas contengono una mole di sostanza).
Legge di Boyle: A temperatura costante il volume di una massa di gas è inversamente proporzionale alla sua pressione
I Legge di Gay-Lussac: A pressione costante il volume è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta
(in gradi Kelvin)
(in gradi Kelvin)
(con
e t in gradi Celsius)
II Legge di Gay-Lussac: A volume costante la pressione è direttamente proporzionale alla temperatura assoluta
(in gradi Kelvin)
(in gradi Kelvin)
(con
e t in gradi Celsius)
EQUAZIONE DI STATO DEI GAS PERFETTI
Contiene tutte le precedenti.
dove la temperatura T è in gradi Kelvin, n indica il numero di moli di sostanza e la costante dei gas R vale
Esempio: embolia da azoto. Per la legge di Stevino all’aumentare di dieci metri di profondità sott’acqua la pressione aumenta di circa 1 atm (per cui a 10 m di profondità la pressione è di 2 atm, mentre a 50 m è di 6 atm).
Quando un palombaro emerge velocemente diminuisce altrettanto velocemente la pressione cui è soggetto. I gas disciolti nel sangue (N2,O2 , CO2 ) seguono approssimativamente la legge di Boyle, in quanto non varia la temperatura del corpo, di conseguenza le loro bollicine si dilatano di molto nel sangue. Ossigeno e anidride carbonica che hanno grande velocità di diffusione liberano velocemente i polmoni mentre l’azoto forma grosse bolle causando l’embolia, cioè l’occlusione dei vasi sanguigni.
Per questo nel riemergere da grandi profondità è necessario seguire precise regole riguardo i tempi di decompressione.
CENNI SUI PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA
PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: nei sistemi termodinamici si conserva l’energia, nel senso che il calore 
assorbito da un sistema è pari alla somma del lavoro 
compiuto dal sistema e della variazione della sua energia interna 
.
SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA: ha vari enunciati che pongono l’accento su aspetti particolari. I principali sono:
Enunciato di Kelvin: è impossibile realizzare una trasformazione il cui risultato finale sia solamente quello di convertire in energia meccanica il calore prelevato da un’unica sorgente.
Enunciato di Clausius: è impossibile realizzare una trasformazione il cui risultato finale sia solamente quello di trasferire calore da un corpo più freddo ad uno più caldo.
Il secondo principio della termodinamica implica che i fenomeni naturali siano irreversibili cioè avvengano preferibilmente in una direzione evolvendo verso gli stati di massimo disordine. Una misura del disordine di uno stato è la grandezza fisica chiamata entropia che nell’universo tende quindi spontaneamente sempre ad aumentare.
I sistemi viventi, che sembrano andare contro il secondo principio della termodinamica, in quanto sono un esempio di grande ordine ed organizzazione interna, hanno in realtà bisogno di scaricare continuamente al proprio esterno maggior disordine per mantenere l’ordine interno. Ciò può avvenire solo grazie al continuo assorbimento di energia dall’esterno.
Fonte: http://infmestre1anno.altervista.org/index_file/Fisica2010/dispense4.doc
Sito web da visitare: http://infmestre1anno.altervista.org
Autore del testo: indicato nel documento di origine
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