Fisica applicata (dalla cinetica ai raggi X)

Equazione di stato dei gas perfetti

P V = n R T

Esprime una relazione di proporzionalità inversa tra pressione e volume. Esistono anche trasformazioni di tipo adiabatico che sono quelle trasformazioni che avvengono senza scambio di calore e avvengono tra il sistema e l'esterno e si possono realizzare racchiudendo il sistema in un recipiente con pareti adiabatiche, oltre che per effetto di pareti isolanti si possono considerare adiabatiche, anche quelle trasformazioni che sono abbastanza rapide da non consentire scambio di calore apprezzabile. Esempi sono le compressioni e le espansioni che si hanno durante la trasmissione. Naturalmente solo un recipiente adiabatico può consentire di pensare ad un processo diabatico reversibile. Ci sono poi dei processi che sono violentemente irreversibili: ad esempio la combustione, l'esplosione di un detonatore, la dispersione di una goccia di inchiostro in un bicchiere d'acqua.

SECONDO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA

Il principio della termodinamica mette in evidenza in maniera molto precisa una differenza sostanziale tra il calore e tutte le altre forme di energia; cosa vuol dire che il calore è una forma degradata di energia? Tutti i tipi di lavoro sono convertibili uno nell'altro. Se convertiamo una delle due energie in calore, avremo sempre un'uguaglianza tra energia che si è convertita e il calore che viene prodotto (questo secondo il primo principio) però se tentiamo di effettuare il procedimento inverso, riconvertendo tutta l'energia termica in energia meccanica o elettrica, ci accorgiamo che questo non è possibile. In ogni processo di trasformazione il rendimento ideale compatibile con il primo principio della termodinamica è quello unitario (cioè rendimento pari a uno) e affinché lo si possa raggiungere è necessario che non vi siano attriti, non vi siano altri fenomeni dissipativi e in questo caso il rendimento è il rapporto.

trail lavoro prodotto e l'energia fornita da un ben definito serbatoio e sarà uguale a uno o 100%. Nel caso di una macchina termica si verifica che un solo serbatoio di calore non è sufficiente per trasformare in modo continuativo energia termica in lavoro; per funzionare, una macchina termica, deve poter disporre di una sorgente di calore a temperatura più alta, ad esempio la caldaia, e poi di un serbatoio a temperatura più bassa, ad esempio un elemento refrigerante, alla quale poi parte del calore fornito dalla caldaia deve essere poi ceduto. Agli effetti del rendimento, questo calore che verrà ceduto non è più recuperabile. In questo caso, il rendimento è definito come rapporto tra il lavoro prodotto e il calore fornito dal serbatoio a temperatura più alta. In questo modo, quindi, il rendimento cala cromaticamente ad un valore che sarà poi minore di 1 o minore del 100% anche se in assenza di fenomeni dissipativi.

Karnò

alta ad un corpo a temperatura più bassa.

METABOLISMO E BILANCIO TERMICO

potenza metabolismo basale : il consumo energetico minimo dell'organismo-riferito per unità di tempo e dipende dai processi ossidativi in condizioni basali, digiuno completo, riposo fisico;

-in tali condizioni il consumo di energia è necessario per: il processo di termoregolazione, il mantenimento della muscolatura e funzioni cardiache, respiratorie..

-per un individuo sano P ≈ 40 kcal/(h · m di superficie corporea)2b o equivalentemente P ≈ 1.2 Watt/(kg di massa corporea)b

-Per un adulto normale di 80 kg, P ≈ 1900 - 2000 kcal/giorno

-per un individuo che non sia a riposo e a digiuno è necessario considerare anche la potenza metabolica addizionale P ovvero il consumo di energia, a, riferito all'unità di tempo, legato:

• al lavoro muscolare
• al lavoro mentale
• ai processi digestivi
• alle accresciute attività cardiache, respiratorie,

ghiandolari e nervose-potenza metabolica totale, P = P + Ptot a b-P viene compensata dall'assunzione di alimenti:

tot-carboidrati e proteine: 4.1 kcal/g-grassi: 9.3 kcal/g-per un adulto normale di 80 kg:con attività fisica normale: P ≈ 2500 kcal/giorno

totcon attività fisica intensa: P ≈ 4000 kcal/giorno

tot-l'efficienza di trasformazione dell'energia chimica degli alimenti in energia meccanica legata all'attività fisica è piuttosto bassa (10-20%) Pag. 21-in condizioni basali l'organismo non produce lavoro meccanico esterno e l'unico scambio di energia tra l'individuo e l'ambiente è il calore prodotto dall'organismo, che deve essere ceduto all'ambiente-una parte di P (= E /tempo) può essere convertita in lavoro meccanico

tot totesterno, una parte si trasforma necessariamente in calore-in generale: E = L + Qtot-l'organismo umano è una macchina termica, per

la quale si definisce il rendimento: η = E / Ltot-η = 0 ÷ (se lavoro isometrico) 0.20-al contempo varia anche la quantità di calore prodotta Q,che deve essere ceduta all’ambiente-allo stato stazionario, affinché la temperatura corporea resti costante,la produzione di calore deve essere uguale alla dissipazione↓-equazione del bilancio termico:E = L + Q + (C · ΔT)tot TP : energia metabolica totaletotL: lavoro meccanico esternoQ: calore ceduto all’ambienteC : capacità termica del corpo (3.44 KJ)TΔ T:variazione della temperatura corporea-se la temperatura corporea rimane costante:E = L + Qtot-la temperatura corporea rimane costante se il flusso di calore dall’organismoall’ambiente è in equilibrio con il consumo energetico↓-ovvero se la produzione di calore metabolico è controbilanciata daun’equivalente dissipazione dovuta a convezione, irraggiamento eevaporazione Pag. 22MECCANICA

Fluido: sostanza completamente deformabile.

Sono fluidi:

• Tutti i gas che occupano tutto lo spazio a loro accessibile
• Tutti i liquidi che presentano una superficie libera; i liquidi in genere sono, a differenza dei gas, poco comprimibili

Nello stato fluido, le molecole non possono essere considerate in posizione fissa le une rispetto alle altre; questo stato è caratterizzato da una scorrevolezza delle particelle. Quindi i fluidi (i liquidi e i gas) non hanno una forma propria ma prendono quella del recipiente che li contiene. I liquidi, che sono incompressibili, occupano un volume per una data massa mentre i gas sono sistemi a volume variabile cioè occupano tutto il volume del recipiente che li contiene.

Si definisce densità il rapporto tra massa e volume di un fluido:

d = m / V (Kg/m^3)

A causa della deformabilità dei fluidi si introduce il concetto di pressione.

La pressione di un fluido può derivare dalla forza di un corpo

esterno o dal peso del fluido stesso (che ricordiamo dipende dalla forza di gravità!).

ESEMPIO: Se consideriamo un tubo a forma di T, chiuso a una estremità da una lamina; quando questo è in aria, per non far staccare il tubo dalla lamina occorre tener ferma la lamina. Se invece viene immerso in acqua, l'acqua mantiene fissata al tubo perché l'acqua esercita una pressione. Pag. 23

Si definisce quindi pressione, in qualsiasi punto del liquido, il rapporto della forza normale (Fn) esercitata su un'area ϪS. La forza che si esercita su una superficie nel fluido deve essere normale alla superficie, qualunque sia l'orientazione di questa superficie per questo motivo la pressione non è considerata una quantità vettoriale e non si assegna una direzione (quindi sulla p non c'è la freccetta). Infatti qualunque componente della forza non normale non determinerebbe un aumento di pressione ma uno scorrimento delle molecole del

Fluido rispetto alle altre quindi RICORDIAMO CHE LA PRESSIONE IN UN FLUIDO È UGUALE IN TUTTE LE DIREZIONI! Le forze che agiscono per tenere in equilibrio un fluido, sono forze che si esercitano tra le molecole del fluido e sono chiamate forze di coesione. Nei solidi, le forze di coesione mantengono le molecole vicine e in posizione fissa: si avranno delle oscillazioni che avvengono attorno a queste posizioni (i solidi hanno forma e volume proprio). Nei gas le forze di coesione sono molto deboli e le molecole hanno moto rettilineo uniforme fino a che non avvengono urti con le pareti del recipiente oppure con altre molecole: hanno quindi forma e volume del recipiente che li contiene. I liquidi invece rappresentano un caso intermedio: le forze di coesione sono abbastanza forti da tenere le molecole vicine ma non abbastanza da tenerle legate, quindi le molecole cambieranno posizione con facilità e quando si trovano in superficie possono abbandonare il liquido per passare allo stato di vapore.

Hanno quindi volume proprio ma assumono la forma del recipiente che li contiene. A causa della forza di coesione, la superficie del liquido tende ad assumere una forma propria e il liquido si dispone in modo da rendere minima la superficie libera.

Le forze che agiscono su un fluido si chiamano forze di volume e agiscono su ciascuna particella del fluido. Sono forze proporzionali al volume della particella stessa. Pag. 24

Esistono poi le forze di superficie che si esercitano sulla superficie limite affinché questa mantenga una determinata forma.

Le forze di Wan der Waals, sono forze intermolecolari che agiscono solo q