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Elio GIROLETTI - Università degli Studi di Pavia, Dip. Fisica nucleare e teoricaESCLUSIVO USO DIDATTICO INTERNO - Infermieristica e Ostetricia - Bilancio Termico
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CL-INF/OST - TERMODINAMICA – Bilancio Termico
elio girolettielio giroletti
UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PAVIAdip. Fisica nucleare e teorica
FISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONEFISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONEelio giroletti, 2005 elio giroletti, 2005
-TRASMISSIONE DEL CALORE- convezione- conduzione - irraggiamento - evaporazione
- BILANCIO TERMICO - DISPENDIO METABOLICO
lucidi di Domenico Scannicchio, rivisti da Elio Giroletti
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TRASMISSIONE del CALORETRASMISSIONE del CALORE
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meccanismi di trasmissione del caloremeccanismi di trasmissione del calore
convezioneconvezionePROPAGAZIONE MEDIANTE TRASPORTO DI MATERIA
conduzioneconduzionePROPAGAZIONE SENZA TRASPORTO DI MATERIA
irraggiamento termicoirraggiamento termico
(RADIAZIONE TERMICA)EMISSIONE DI ONDE ELETTROMAGNETICHE
evaporazioneevaporazione (sistemi biologici)
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CONDUZIONECONDUZIONE PROPAGAZIONE SENZASENZATRASPORTO DI MATERIA
Q∆t = K ∆T(cal s–1)S
dS = superficie∆t = intervallo di tempo
d = distanza (aree a ∆T) K = conducibilitK = conducibilitàà termicatermica
∆T = variazione di temperatura
MATERIALI DIVERSIMATERIALI DIVERSI K(kcal m–1 s–1 °C–1)rameghiaccioacqua
9,2 10–2
5,2 10–4
1,4 10–4
legnopolistiroloaria
0,3 10–4
9,3 10–6
5,5 10–6
0,6 100,6 10––44
TRASMISSIONE del TRASMISSIONE del CALORECALORE
Pelle (secca) Pelle (secca)
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corpocorpo -- CONDUZIONE CONDUZIONE
• trasferimento di calore da una zona a maggiore verso una a minore temperatura, per interazione tra molecole ed atomi• richiede il contatto tra superficicontatto tra superfici• di solito tra i solidi • 2-3% calore ceduto dal corpo per conduzione, in quanto sono poche le parti in contatto con superficie solida
Fonte: Livrieri, et al., Elementi di fisica ambientale, Monduzzi, Bologna, 1992
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CONVEZIONECONVEZIONE PROPAGAZIONE CONCONTRASPORTO DI MATERIA
legge di legge di StefanStefan--BoltzmannBoltzmann 42 )()( KTemwattI oσ=⋅ −
permettepermette di di misuraremisurare la la temperaturatemperatura, IR, IR
σ = cost. Stefan-Boltzmann=5,67.10-8 W/m2.°K4
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legge di legge di StefanStefan I = σ T4 (watt m–2)
legge di legge di WienWien λλImaxImax = 0.2897T (cm)
Un Un oggettooggetto con con emissivitemissivitàà eee di area e di area AA espostoesposto al sole al sole assorbeassorbe calorecalore con con potenzapotenza
θcos)1350( 2 eAmW
tQ
=∆∆
stagionistagioni, calotte , calotte polaripolari, , alba e alba e tramontotramontodipendonodipendono daldalfattorefattore coscosθθ
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• trasferimento di energia termica sotto forma di onde elettromagnetiche • avviene nell’aria e nel vuoto • temperatura superficie pelle è 32 °C, cui corrisponde una λ=0,01 mm,
lontano infrarosso, IR • termodispersione incide per 45-50% (dipende dai vestiti: lo riducono di 1/3)
Fonte: Livrieri, et al., Elementi di fisica ambientale, Monduzzi, Bologna, 1992
corpocorpo -- IRRAGGIAMENTO IRRAGGIAMENTO
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EVAPORAZIONEEVAPORAZIONE (sistemi biologici)
calore di evaporazione H2O
(trasmissione di calore verso l'esterno)
H2O (t = 37°C) ≈ 580 cal g–1
evaporazione di 100 g H2O 58 kcal = 242.5 kJesempio
metabolismo basale, M.B ≈ 50 kcal ora–1 m–2
(minima quantitminima quantitàà di energiadi energia per garantire le funzioni vitali)
TRASMISSIONE del CALORETRASMISSIONE del CALORE
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• trasporto calore da interno a esterno del corpo • 1 g di H2O evaporata cede 0,58 kcal• avviene nell’apparato cutaneo e
in quello respiratorio • accompagnato da sensazione di freddo,
come ad es. dopo la doccia • incide per 20-30% (ma inefficiente
quando umidità relativa è 100%)• temperatura percepita…Fonte: Livrieri, et al., Elementi di fisica ambientale, Monduzzi, Bologna, 1992
corpocorpo –– EVAPORAZIONE EVAPORAZIONE
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evaporazione, E evaporazione, E 2020--30%30% irraggiamento, R irraggiamento, R
4545--50%50%
fattori metabolici ed ambientali (a 20 fattori metabolici ed ambientali (a 20 °°C)C)variano in funzione dellvariano in funzione dell’’ambiente ambiente
DISPERSIONE DEL CALORE DISPERSIONE DEL CALORE
respirazionerespirazione convezione, C convezione, C 2525--30%30%
lavoro, Wlavoro, W
conduzione,conduzione,22--5%5%
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fattori metabolici ed ambientali (a 20 fattori metabolici ed ambientali (a 20 °°C)C)variano in funzione dellvariano in funzione dell’’ambiente, es. temperatura ambiente, es. temperatura
Font
e: S
cann
icci
oet
al.,
Fisi
ca,e
d. U
nico
pli,
1997
CALORE DISSIPATOCALORE DISSIPATO
perditadi calorie
temperaturaambiente, °C
100
50
022 26 30 34
perditeperdite totalitotali
irraggiamentoirraggiamento
evaporazioneevaporazione
conduzioneconduzione
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bilanciobilancio termicotermico
dove:dove: B=bilancio termico, a temperatura costante=0, M=calore metabolico (attività), C=calore proveniente da meccanismi di conduzione e convenzione, R=calore proveniente da meccanismi di irraggiamento, E=calore disperso
0=−±±= ERCMB
uomo uomo èè omeotermo, sangue caldo,omeotermo, sangue caldo,mantiene costante la temperatura corporeamantiene costante la temperatura corporea
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FISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONEFISICA MEDICA e RADIOPROTEZIONEelio giroletti, 2005 elio giroletti, 2005
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elio girolettielio giroletti ..UniversitUniversitàà degli Studi di Pavia degli Studi di Pavia dip. Fisica nucleare e teoricadip. Fisica nucleare e teorica