Laurea Triennale
in SCIENZE MOTORIE
corso integrato
FISICA e STATISTICA
disciplina : FISICA MEDICA
TERMODINAMICA
parte I
- TEMPERATURA
- STATO E TRASFORMAZIONE TERMODINAMICA
- ENERGIA INTERNA
- CALORE E CALORE SPECIFICO
- CALORIMETRIA
- LAVORO IN TERMODINAMICA
a
TEMPERATURA
indice dello stato termico di un corpo
(caldo – freddo)
correlazione con altre grandezze fisiche :
V(t) = Vo (1 +  t)
(dilatazione)
°C
100°
termometri
h(t) = h o + (1+At)
termometro clinico
(tMAX si conserva)
50°
0°
°C
42°
41°
40°
39°
38°
37°
36°
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TEMPERATURA
• unità di misura: S.I. grado Kelvin (K)
sistema pratico
grado Celsius (°C)
grado Faranheit (°F)*
paesi anglosassoni, in via di eliminazione
• CELSIUS (°C): 0°
100° H 2O
• KELVIN (K): T (K) = t (°C) + 273°
9
t (°C)
• FAHRENHEIT: t (°F) = 32° +
5
(in via di eliminazione)
EQUILIBRIO TERMICO t T = 0
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TEMPERATURA
scale di temperatura
°C
°F
K
200°
400°
100°
300°
0°
–100°
200°
–200°
100°
–273°
0°
t
T
373°
212°
273°
32°
–148°
–328°
–459.4°
CELSIUS (°C)
0° 100° H 2O
KELVIN (K)
T (K) = t (°C) + 273°
FAHRENHEIT
9
t (°F) = 32° +
t (°C)
5
(in via di eliminazione)
scale centigrade
3
N o = 6.02 1023
TERMODINAMICA
formulazione fenomenologica
formulazione statistica
SISTEMA TERMODINAMICO
STATO TERMODINAMICO
[macrostato]
PARAMETRI TERMODINAMICI
scambio
SISTEMA ISOLATO
SISTEMA CHIUSO
no materia - no energia
no materia - si energia
EQUILIBRIO (DINAMICO) :
parametri termodinamici costanti nel tempo
microstato: noti tutti i parametri delle particelle compongono il
sistema termodinamico
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TERMODINAMICA
trasformazioni termodinamiche
parametri termodinamici tornano
CHIUSA
ai valori iniziali
parametri termodinamici non tornano
APERTA
ai valori iniziali
REVERSIBILE successione stati di equilibrio
(trasformazione ideale)
IRREVERSIBILE successione stati non di equilibrio
(trasformazione reale)
ISOTERMA a temperatura costante
ISOCORA
a volume costante
ISOBARA
a pressione costante
sistema termicamente isolato
ADIABATICA
(niente scambio di calore)
TRASFORMAZIONI DI STATO
PROCESSI CHIMICI, BIOCHIMICI
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TRASFORMAZIONI DI STATO
FUSIONE
T = costante
Q = kf m
kf = calore latente di fusione
EVAPORAZIONE
Q = ke m
T= costante
ke = calore latente di evaporazione
H2O
ke = 606.5 – 0.695 t cal g–1
( 0°C
100°C )
p vapore saturo = p esterna
EBOLLIZIONE
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ENERGIA INTERNA U
moto di agitazione termica
energia di legame e potenziale
funzione di stato
Tparticella
Uparticella
energia interna U
U =  (Tparticella + Uparticella )
particelle
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CALORE
temperatura t,T : indice stato termico di un corpo
calore Q : forma di energia
travaso energia interna tra corpi
• unità di misura: S.I. joule (J) C.G.S. erg
sistema pratico
(cal), Caloria (Cal)
caloria (cal): 1g H2O 14.5°C
1000 cal = 1 kcal = 1 Cal
15.5°C
equivalente termico del lavoro J
L
J=
= 4.18 joule cal –1
Q
L = J Q(caloria)
L = Q(joule)
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CALORE SPECIFICO
Q = c m (t2 – t1) = c m t
calore specifico
capacità termica
Q
–1
–1
[cal
g
°C
]
c=
m (t2 – t1)
c = c(t)
H2O :
c(14.5°C) = 1 cal g–1
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LAVORO in TERMODINAMICA
convenzione generale
LAVORO COMPIUTO DAL SISTEMA : positivo
LAVORO COMPIUTO SUL SISTEMA : negativo
F=pS
L = p x S x h = p x V
gas
h
VB
in generale
dL = p(V) dV

L =  p(V) dV
VA
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Termodinamica I
• Def. temperatura: è l’indice dello stato termico di un corpo; unità di misura:
grado Celsius, grado Kelvin; T(K)=t(C)+273
• Def. sistema termodinamico isolato: non c’è scambio né di materia né di
energia
• Def. sistema termodinamico chiuso: non c’è scambio di materia ma c’è
scambio di energia
• Def. trasformazione isoterma, isocora, isobara, adiabatica: rispettivamente,
a temperatura costante, a volume costante, a pressione costante, senza
scambio di calore
• Fusione ed evaporazione (T resta costante!): rispettivamente, Q=kfm e
Q=kem, dove kf è il calore latente di fusione e ke è il calore latente di
evaporazione
• Def. energia interna U (è una funzione di stato!): è la somma delle energie di
tutte le particelle
• Unità di misura del calore: Joule, caloria; 1 cal = 4.18 J (attenzione: 1
Cal=1000 cal !)
• Calore specifico: quando un corpo di massa m subisce una variazione di
temperatura t, esso scambia una quantità di calore Q=cmt, dove c è il
calore specifico (il prodotto cm si dice capacità termica)
• Lavoro in termodinamica: per convenzione, il lavoro compiuto dal sistema
è
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positivo, quello compiuto sul sistema è negativo; L=pV