El Calor y la Temperatura. Aplicaciones Terap euticascalor a (cal) se de ne como la cantidad de...
28
El Calor y la Temperatura. Aplicaciones Terap´ euticas Mat´ ıas Enrique Puello Chamorro www.matiaspuello.wordpress.com 17 de octubre de 2018
Transcript of El Calor y la Temperatura. Aplicaciones Terap euticascalor a (cal) se de ne como la cantidad de...
El Calor y la Temperatura. AplicacionesTerapeuticas
Matıas Enrique Puello Chamorrowww.matiaspuello.wordpress.com
17 de octubre de 2018
Indice
1. Introduccion 4
2. Temperatura 6
3. Escalas Termometricas 73.1. Escala Celsius . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.2. Escala Fahrenheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.3. Escala Kelvin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4. Equilibrio Termico 11
5. Calor 12
6. Unidades del Calor 13
7. Capacidad Calorifica 15
8. Calor Especifico 16
9. Calor Latente 17
10.Curva de calentamiento 18
11.Calorimetrıa 1911.1. Problemas de Calorimetrıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
12.Transmision del Calor 2112.1. Conduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2212.2. Conveccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
12.3. Radiacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
13.Termorregulacion corporal 25
1. Introduccion
El ser humano es un animal homeotermo que en condicio-
nes fisiologicas normales mantiene una temperatura cor-
poral constante y dentro de unos lımites muy estrechos,
entre 36,6 ± 0,38o C, a pesar de las amplias oscilaciones
de la temperatura ambiental. Esta constante biologica se
mantiene gracias a un equilibrio existente entre la produc-
cion de calor (termogenesis ) y las perdidas del mismo
(termolisis ) y no tiene una cifra exacta.
Introduccion
Para entender estos procesos y el uso terapeutico que se
le da al calor en Ciencias de la salud, se requiere estudiar
desde el punto de vista fısico al calor y las formas
como se transfiere.
2. Temperatura
La temperatura (T) es una magnitud fısica fundamen-
tal, que esta asociada con la energıa cinetica media de las
moleculas individuales. Segun la teorıa cinetica de los ga-
ses
T =2
3k
(12mv2
)Donde:
k: Es la constante de los gases12mv2: Es la energıa cinetica media de traslacion por
molecula.
3. Escalas Termometricas
Son tres las escalas de temperatura que tienen mayor uso:
la Celsius, conocida tambien como escala centıgrada, la
Fahrenheit, la Kelvin, o escala internacional de tempera-
tura termodinamica.
3.1. Escala Celsius
El astronomo sueco Anders Celsius (Uppsala, Suecia,
1701 - 1744) ideo la escala de temperatura conocida co-
mo escala centıgrada o Celsius, que asigna al punto de
congelacion del agua el valor (0oC) y el valor (100oC) al
de ebullicion del agua.
Tc = Tk − 273,15 Tc = 59(TF − 32)
3.2. Escala Fahrenheit
Daniel Gabriel Fahrenheit (1686 - 1736), fısico
aleman, que nacio en Danzig actualmente Gdansk, Po-
lonia. En 1714 construyo el primer termometro con mer-
curio en vez de alcohol. Con el uso de este termometro,
concibio la escala de temperatura conocida por su nom-
bre.
TF = 32 + 95(Tc)
3.3. Escala Kelvin
William Thomson Kelvin (Belfast, 1824 - Nether-
hall, 1907) El fısico y matematico conocido comunmente
como lord Kelvin fue uno de los cientıficos mas sobresa-
lientes del siglo XIX. Investigo la equivalencia entre calor
y trabajo y establecio la escala absoluta (escala Kelvin)
de temperatura.
TK = TC + 273,15
4. Equilibrio Termico
El principio de equilibrio termico dice que cuando dos
sistemas o sustancias, a diferentes temperaturas, se ponen
en contacto dentro de un recipiente aislado, alcanzaran
finalmente la misma temperatura como resultado de la
transferencia de energıa termica de los cuerpos calientes
a los frıos.
5. Calor
Sabemos que se efectua trabajo cuando la energıa se
transfiere de un cuerpo a otro por medios mecanicos. El
calor es una transferencia de energıa de un cuerpo a un
segundo cuerpo que esta a menor temperatura. Es decir,
el calor es muy semejante al trabajo.
El calor se define como una transferencia de
energıa debido a una diferencia de temperatura,
mientras que el trabajo es una transferencia de energıa
que no se debe a una diferencia de temperatura.
6. Unidades del Calor
Podemos definir una unidad de calor con base en el cam-
bio de temperatura de un material especıfico.
calorıa (cal) se define como la cantidad de calor necesa-
rio para elevar la tempertura de un gramo de agua desde
14,5o a 15,5oC.
La kilocalorıa (Kcal) que equivale a 1000 calorıas.
La unidad termica britanica o (B.t.u), es la cantidad
de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 libra de
agua 1oF, desde 63oF a 64oF.
Unidades del Calor
Equivalencias:
1 cal = 4, 186 J
1Kcal = 1000 cal = 4186 J
1B.t.u = 252 cal = 1055 J
7. Capacidad Calorifica
Las sustancias difieren entre sı en la cantidad de calor
que se necesita para producir, en una cantidad de masa
dada, un determinado aumento de temperatura. La re-
lacion directamente proporcional entre la variacion de la
cantidad de calor (∆Q) y la variacion de temperatura
(∆T) se denomina capacidad calorica.
C =∆Q
∆TLas unidades de medida de la capacidad calorıfica serıan
unidades de energıa sobre unidades de temperatura por
ejemplo JK o Cal
oC
8. Calor Especifico
El calor especıfico de una sustancia es la cantidad de calor
que es necesario suministrar a una unidad de masa de dicha
sustancia para elevar su temperatura en un grado. Ası por
ejemplo el calor especıfico del agua es 1,0 ( calg oC
).
ce = Qm×∆T
De aqui se deduce que la cantidad de calor Q que inter-
viene en un proceso se determina por
Q = ce × m × ∆T
9. Calor Latente
Cuando se esta materializando un cambio de estado fısi-
co, se verifica que el agregado o sustraccion de calor no
origina variacion de temperatura.
A ese calor que agregado a una sustancia no origina cam-
bio de nivel termico o temperatura, se lo denomina calor
latente.
Q = m · Lv
Lv es el calor latente de vaporizacion (kcalkg )
El calor latente de vaporizacion del agua (100◦C) es
539 (kcalkg )
El calor latente de fusion del agua (0◦C) es 80 (kcalkg )
10. Curva de calentamiento
Determine la cantidad de energıa necesaria para llevar a
un kilogramo de hielo (1000 g) desde −20oC hasta vapor
a 100oC
11. Calorimetrıa
La calorimetrıa es la medida de la cantidad de calor y tiene
por objeto medir las cantidades de calor desprendidas o
absorbidas por los cuerpos en los intercambios de energıa
calorica.
El principio de general de la calorimetrıa indica que la suma
algebraica de los calores que intervienen en el proceso es igual
a cero, es decir,
ΣQ = 0
lo que es equivalente a decir
Q1 + Q2 + ...... + Qn = 0
11.1. Problemas de Calorimetrıa
Ejemplo Calor especıfico de un metal
Un calorımetro de aluminio de 50 gramos contiene una
masa de 200 gramos de agua a una temperatura de 25oC.
Se agrega un pedazo de metal de 150 gramos a una tem-
peratura de 100oC. Si la temperatura final de equilibrio
es de 30oC. Determine el calor especıfico del metal.
12. Transmision del Calor
12.1. Conduccion
En los solidos, la unica forma de transferencia de calor es
la conduccion, la cual se da por contacto directo entre sus
partıculas sin flujo neto de materia y que tiende a igualar
la temperatura dentro de un cuerpo o entre diferentes
cuerpos en contacto.
La conduccion termica esta determinada por la ley de
Fourier.
∆Q
∆t= −kA
∆T
∆x
12.2. Conveccion
La conveccion es el mecanismo de transferencia de ca-
lor por movimiento de masa o circulacion dentro de la
sustancia.
La transferencia de calor por conveccion se expresa con
la Ley del Enfriamiento de Newton:
∆Q∆t = hA(Ts − Tinf)
12.3. Radiacion
La radiacion termica es energıa emitida por la materia
que se encuentra a una temperatura dada, es transpor-
tada por ondas electromagneticas, por lo que recibe el
nombre de radiacion electromagnetica
La rapidez a la cual se libera energıa se llama potencia
de radiacion Pr. Esto se conoce como la ley de Ste-
fan (Joseph Stefan, austriaco, 1835-1893), que se escribe
como
Pr = σεAT4
13. Termorregulacion corporal
El hombre es un ser homeotermo, es decir, que mantiene
su temperatura constante. Esto lo realiza por medio de
un proceso denominado termorregulacion, necesario para
poder realizar todos los procesos vitales.
Termorregulacion corporal
La variacion de la temperatura va a poner en marcha la
termorregulacion y esto va a producir ante una elevacion
de la temperatura una vasodilatacion periferica y sudo-
racion.
Si hay un descenso de la temperatura el cuerpo va a res-
ponder con una vasoconstriccion periferica, un estimulo
circulatorio profundo, activacion de los organos internos,
contraccion muscular.
Referencias
[1] FRUMENTO, Antonio Elementos de Biofısica. Intermedica 1979.
[2] MACDONALD y BURNS. Fısica para las ciencias de la vida y de la salud.Mexico: Addison-Wesley Iberoamericana, 1989, 589 p.
[3] CROMER, Alan H. Fısica para las Ciencias de la Vida. 2 ed. : Editorial Reverte.
[4] STROTHER. G. K Fısica Aplicada a las Ciencias de la Salud. McGraw-Hill.Latinoamericana 1980.
[5] Wilson. J.D Fısica con aplicaciones. Editorial McGRAW-HILL
