Fisica ii buap
Transcript of Fisica ii buap
L.Ft MOISES BRITEÑO VAZQUEZ
TERMODINÁMICA
MOVIMIENTO VIBRATORIO
ONDAS ACÚSTICAS
ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
RADIACIONES
ELECTROMAGNETISMO
Cromer, A. “Física para las ciencias de la vida”. Segunda edición. Ed. Reverte.
Serway, Raymond. “Física”. International Thomson Editors – 2003.
Wilson Buffa. “ Física”. Ed. Pearson 5ta edición.
Artículos y Revistas.
EXAMEN 25% (si son mas de 2 reprobatorios por parcial, se pierde derecho a evaluación)
CARPETA DE EVIDENCIA (Obligatoria para derecho a evaluación).
TAREAS 10%
LABORATORIO E INVESTIGACION 40%
ASISTENCIA ( cubrir el 90% por parcial)
EXPOSICIONES 25% (si no se expone se pierde derecho a evaluación).
El calor es crucial para nuestra existencia. Nuestro cuerpo debe equilibrar con delicadeza las pérdidas y ganancias de calor a modo de mantenerse dentro del estrecho intervalo de temperaturas que la vida requiere.
Estos equilibrios térmicos en cualquier perturbación puede tener graves consecuencias.
Al igual que el trabajo, el calor implica una transferencia de energía. Calor o Energía calórico es el termino que usamos a la cantidad de energía que se añade o se quita a la energía interna de un objeto, por causa de una diferencia de temperatura.
Dado que el calor es energía en transito, la describimos con unidades estándar de energía, pero también utilizamos unidades de unidades de uso común, una de las principales es la Kilocaloría.
“Definimos una Kilocaloría, como la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un kg de agua en 1 Cº”.
Esta cantidad se refiere a la energía que esta disponible para convertirse en calor, para movimiento mecánico, o para aumentar la masa corporal.
Una unidad de Calor usada en E.U. es la unidad Térmica Británica (Btu), “una Btu es la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de una lb de agua en 1fº”.
Un Btu=252 Cal.
Joule demostró que, cuando se efectuaba cierta cantidad de trabajo mecánico, el agua se calentaba, lo que se notaba en un aumento de su temperatura. Joule descubrió que, por cada 4186J de trabajo efectuado la temperatura del agua aumenta un 1Cº por Kg., es decir, que 4186J equivale a 1 Kcal.
¿Qué es?
Me suena
Y a mi de que me sirve saberlo?
Que relación tiene con lo que estudio?
Como su nombre lo dice, “ la termodinámica se ocupa de la transferencia (dinámica) de calor ( el vocablo griego para calor es therme”.
Describe sistemas con tal numero de partículas que es imposible usar la dinámica ordinaria (leyes de Newton) para estudiarlos. Por ello usaremos variables macroscópicas como presión y temperatura, para describir los sistemas termodinámicos en su totalidad.
Es el estudio de la relación entre calor, trabajo y energía y, en particular, de la conservación de energía en trabajo.
La energía puede ser transferida entre el sistema y el medio ambiente en dos formas tales como el calor y el trabajo.
“Todos realizamos un trabajo tal como el ejercicio, el bañarnos, bailar, dar fisioterapia a un paciente y en el mismo acto sexual con una contracción muscular. Así mismo, perdemos calor producido en estas actividades a través de la piel y los pulmones por evaporación, conducción y radiación. Entonces la conservación de la energía exige que esta misma se obtenga a expensas de la energía interna, y que por consiguiente tratemos de reponerla.”
La 1ra Ley de la Termodinámica, es un planteamiento de la conservación de la energía en términos de variables termodinámicas. Relaciona el cambio de energía interna (ΔU) de un sistema con el trabajo (W), efectuado por ese sistema, y la energía calorífica (Q) transferida a o desde ese sistema.
Q= ΔU + W
“un sistema se halla en estado termodinámico definido, solo si su temperatura y presión tienen el mismo valor en todas sus partes” (equilibrio).
Cuando se introduce una cantidad de calor Q a un sistema, mientras este realiza un trabajo W, la variación de energía es
ΔU = Q – W
Cuando se añade energía a un sistema, la temperatura se modifica, pero esta variación depende de si la presión o el volumen se mantienen constantes durante el proceso.
Isócora: a volumen constanteIsobárica: a presión constante
1. Adiabática: no se permite que el calor entre o salga del sistema.
2. Isotérmica: a temperatura constante
3. Isócora: a volumen constante
4. Isobárica: a presión constante
La relación que existe entre calor trabajo y energía, y en particular de la energía en trabajo, nos dice que el trabajo puede transformarse completamente en energía interna, no obstante no es posible el proceso inverso, de energía interna en trabajo. ( 2da ley de la termodinámica)
1. La entropía es una medida de la capacidad de un sistema para efectuar trabajo útil. Cuando un sistema pierde capacidad para efectuar un trabajo, su entropía aumenta.
2. Determina la dirección del tiempo. Es una “flecha del tiempo” que indica el flujo hacia delante de los sucesos y distingue los sucesos pasados de los futuros.
3. La entropía es una medida del desorden. Un sistema tiende naturalmente hacia un mayor desorden. Cuando mas orden hay, más baja es la entropía del sistema.
ΔS = Q / T (J/K)
APLICACIÓN DE CALOR
SÓLIDO-FUNDE AGUA-HIERVE
CALOR
ELECTRICA
ELECTROMAGNÉTICA
MECÁNICA
Ser humano es homeotermo.
La temperatura corporal no es uniforme
Depende del balance entre termogénesis y termólisis.
Eliminación; conducción y convección 15%, radiación 60% y la evaporación 25%.
ELIMINACIÓN DE CALOR
conducción
convección
radiación termolítico – ondas electromagnéticasMayor T = Menor ג
Fluidos – transporte de calor – sangreCalor interior a exterior
Intercambio de energía entre 2 o mas tejidos – conductividad variable –
convección
Ley deVan´t Hoff
Por cada 10º C de elevación de temperaturaLa reacción química al doble o triple
1ºC
13% de la tasa metabólica de los
tejidos
45º-50ºC
1. Daño al tejido.2. Desnaturalización proteica
3. Actividad histaminica4. Dolor
5. Quemaduras.
“Por tanto, en un principio, la elevación de la temperatura, producirá un aumento en la actividad enzimática, hasta llegar a un nivel máximo a partir del cual empezara adisminuir. Finalmente terminara por abolirse.”
Han estado en su casa y de repente escuchan la sirena de una ambulancia?
Por que oyen la sirena?Como saben si esta lejos o cerca?Como se dan cuenta si esta a la derecha o
izquierda?Como la distinguen de otros sonidos?
ONDAS SONORAS
PERTURBACIÓNMEDIO
FLUIDOS SÓLIDOS
LONGITUDINALES L Ó TRANSVERSALES
MECÁNICAS
PERTURBACIÓN AIRE
TÍMPANOPUESTO EN VIBRACIÓNDIFERENCIA DE (P)
MARTILLOYUNQUEESTRIBO
OIDO INTERNO
NERVIO AUDITIVOPERCEPCIÓN20Hz a 20 KHz
Región audible ( espectro de f del sonido)
Limite superior
ultrasónico
audible
infrasónico
1GHz
20kHz
20Hz
Espectro de Frecuencia del Sonido
Velocidad del sonido
Depende de la elasticidad y densidad del medio
Líquidos Sólidos
M. YOUNGM. VOLUMÉTRICO
V=√ B/p V=√ Y/p
AIRE
V= (331+0.6Tc) m/s
Ultrasonidoterapéutico
Historia
Edad MediaResonancia de un cristal para Tx de
afecciones neurológicas
Siglo XVIIILos biólogos comprobaron el sistema de
orientación de algunos animales con el eco.
1880Pierre y Jacques Curie al someter un cristal de a compresiones mecánicas se producía un C.E.
1912El hundimiento del titanic la la Primera Guerra M
“ sound navigation and ranging”.
1927- 1937Wood y Lois – investigan los efectos biológicos
Pohlman – uso antinflamatorio y analgésico.
Concepto y mecanismos de producción
Son ondas sonoras (mecánicas) de alta frecuencia desde los 800,000 a 3,000,000 Hz (0,8-3MHz), producidos por un cabezal vibratorio que
se aplica sobre la piel, a cuyo través se aplica energía cinética o mecánica que absorbida en el organismo para transformarse en otra diferente.
PiezoelectricidadPropiedad de algunos minerales
deformarse por un C.E, o bien de generarloal ser sometidos a deformación brusca
Equipo Generador de impulsos eléctricos de A-f
Cabezal donde se encuentra elTransductor de electricidad en
Vibración
Las ondas emitidas son:-continuas-pulsadas
Propiedades físicas
frecuenciaRelación con la atenuación y a la absorción
Mayor f = mayor Ab = menor PMenor f = menor Ab = mayor P
Longitud de onda Varia de acuerdo al medio y velocidad de propagación
Impedancia acústica (densidad del medio)( velocidad de transmisión) Z=pV
ENERGIA-POTENCIA-INTENSIDADW – W/cm² US- 0,5-2,5 W/cm²
Coeficiente de atenuaciónEs directamente proporcional
A la frecuencia
VELOCIDAD DE PROPAGACION DEL ULTRASONIDO
EN ALGUNOS MEDIOS
Coeficiente de atenuación
Reflexión porcentual del US
INTERFASE REFLEXIÓN %
PROFUNDIDAD MEDIA (mm) EN DIVERSOS MEDIOS PARA US
Material
Eficiencia como transmisor
Eficiencia como receptor
Sensibilidad
Poder de
resolución
Características
mecánicas
Cuarzo Mala Mediana Escasa Optima Buena
Sulfato de litio Mediana Buena Buena Optima Soluble en agua
Titanato de bario Buena Mediana Optima Mediana Frágil
Metaniobato de bario
Buena Mediana Optima Optima Buena
Zirconato titanato de
plomo
Buena Mediana Optima Mediana Buena
MATERIALES PIEZOELECTRICOSMATERIAL
VENTAJAS DESVENTAJAS
CUARZO Se obtiene a partir de cristales naturales.
Posee excelentes características estabilidad térmica, química y eléctrica.
Es muy duro y resistente al desgaste así como al envejecimiento.
Sufre interferencias en el modo de conversión
Es el menos eficiente de los generadores de energía acústica.
Requiere alto voltaje para su manejo a bajas frecuencias.
Se debe emplear a temperaturas menores de 550 °C, pues por arriba de ésta pierde sus propiedades piezoeléctricas.
Materiales piezoeléctricos
SULFATO DE LITIO
Receptor mas eficiente. Facilidad de obtener una
amortiguación acústica optima. Mejor poder de resolución.
No envejece. Es poco afectado por la
interferencia en el modo de conversión.
Es muy frágil Soluble en agua Se debe emplear a temperaturas
menores de 75 °C.
CERÁMICOS POLARIZADOS
Se obtienen por sinterización y se polarizan durante el proceso
de fabricación. Se consideran como los
generadores mas eficientes de energía ultrasónica cuando operan a bajos voltajes de
excitación. Prácticamente no son
afectados por la humedad Algunos pueden emplearse
hasta temperaturas de 300 °C.
Resistencia mecánica relativamente baja,
En algunos casos existe interferencia en el modo de conversión.
Presentan tendencia al envejecimiento.
Además poseen menor dureza y resistencia al desgaste que el cuarzo.
TITANATO DE BARIO Es un buen emisor debido a su elevado modulo piezoeléctrico.
Problemas de acoplamiento y amortiguación.
Su empleo esta limitado a frecuencias menores de 15 MHz,
debido a su baja resistencia mecánica y alta impedancia
acústica. Presenta interacción entre varios
modos de vibración. La temperatura de su punto curie
es de 115 – 150 ° C.
METANIOBATO DE BARIO
Presenta un modulo piezoeléctrico elevado lo que lo
califica como buen emisor. Posee excelente estabilidad
térmica, similar al cuarzo, lo que le permite ser empleado a altas
temperaturas. Posee un elevado coeficiente de
amortiguación interna, por lo que se considera como el mejor
material para generar impulsos cortos.
Presenta una baja frecuencia fundamental y una mala resistencia mecánica, por lo que se aplica principalmente a frecuencias altas.
Presenta interacción entre varios modos de vibración.
ZIRCONATO TITANATO DE PLOMO
Se considera como el mejor emisor por su alto modulo piezoeléctrico.
Sin embargo, es el mas difícil de amortiguar por su alto coeficiente de deformación. Se recomienda su empleo cuando existen problemas de penetración.
LEY DE JOULETrabajo= (Potencia)(tiempo)
Dado que la cantidad de energía recibidapor los tejidos depende del tiempo,
de la superficie, de la potencia aplicaday de la dosis que nosotros deseamos depositar
Pero tenemos que sumar la variable de dosisrecibida por cada cm², además de añadir unamodalidad al concepto de potencia, pues si usamos pulsatil, previamente tenemos que
calcular la potencia media.
¿ Cuantos J/cm² recibira un paciente ante la siguiente aplicación de US continuo?
Potencia: 1,5 W/cm² S. Del cabezal: 5 cm² Superficie: 150 cm² 8 min de sesión (480 sg)
Dosis= (W/cm²)(sc cm²)(t) = ? S /cm²
¿Cuánto tiempo es necesario para una sesión de US pulsátil, según las siguientes características:
Razón pulsátil 2:8 (20%)Potencia: 1,5 W/cm² S. Del cabezal: 5 cm² Superficie: 150 cm² Dosis 30 J/cm²
Wm= 1,5 W/cm ² * 5 cm² (20%) = 1,5 W en todo el cabezal
t= (J/cm²) (S/cm² ) = 4500 = ? W 1,5
¿ Cuanto tiempo es necesario para una sesión de US continuo según las siguientes características:
Potencia: 1,5 W/cm² S. Del cabezal: 5 cm² Superficie: 150 cm² Dosis 30 J/cm²
W= 1,5 * 5 cm² = 7,5 W
t= (J/cm²) (S/cm² ) = 4500 = ? W 7,5
RADIACIÓN INFRARROJA
760 – 15000 nmSegún la CIE
IRA: 180-1400nm (770)IRB: 1400-3000nmIRC: 3000-10000nm
IR dístales -- arriba de 1500nmIR proximales – arriba de 760nm
Depende de la temperatura delCuerpo emisor y de su composición
Naturales y artificiales
No luminosos; resistencias eléctricassobre una superficie refractaria IRD,su profundidad es de 2-3cm.
luminosos; lámparas especiales, dispuestosen una ampolla de cristal que contiene gas inerte a baja presión IRP – profundidad 2-10mm
LÁMPARA INFRARROJA
150-250W
1000nm - IRA
Penetración
1. La densidad de la materia.2. De la longitud de onda3. De la potencia aplicada
1. A la misma potencia aplicada, penetrará más la menor longitud de onda.2. Si la densidad de la materia es baja, todas las longitudes de onda penetraran mas.3. Si la potencia es elevada, se forzará la penetración aunque las condiciones no sean totalmente favorables
La unidad de medida de la intensidad de radiación se denomina“pirón” , equivale a (1cal/cm²)/min.
0,5 pirones
1 pirones
2 pirones
Calor moderado, ligero y agradable
Calor intenso, no agradable pero soportable
Calor intolerable, sensación de dolor.
La duración del Tx oscila entre 15 y 30min
DOSIS
POTENCIARECIBIDA EN SUPERFICIECORPORAL
Correspondiente sondaLectora o vatímetro de la Potencia que realmente
Llega a cada punto
50-150mW/cm²
SUPERFICIECORPORAL
TRATADA
Depende de la lámpara, a menor base, menordivergencia de la luz.
Wr= We/ d(tan α)
TIEMPO EN QUE SE APLICA
Se considera la potenciaen cada cm², el tiempo
en segundos para obtenerel trabajo
(mW/cm²)(sg)= J/cm²
RADIACIÓN ULTRAVIOLETA
DOSIMETRÍA
Longitudde onda Cantidad de
radiación
Energía porsuperficie
Por espectroscopiaUtilización de filtros
Intensidad; cuantificaciónde sus efectos fotoquímicos
(μW)(min)(cm²) óeV
DOSISERITEMA
Laresistencia a la aparición de esta:
FOTOTIPO
DOSIS PARA TRATAMIENTOD
osis
min
ina
erite
ma
ME
D
1 MED; eritema mínimo a las 8h.
2,5 MED; eritema de 2º grado tras 6h. Perdura 2-4 días y se acompaña de descamación
5 MED; eritema de 3º grado tras 2h. Seguido de edema ydescamación marcada.
10 MED; eritema de 4º grado con ampollas.
LASER
Light Amplification by Stimulated Emission of Radation
Primeras Aplicaciones
Cirugía
Fotocoagulación de Tumores de la
retina
FototérmicasFotoablativas
Alto
niv
el e
nerg
étic
o
Baj
o ni
vel e
nerg
étic
o
Atérmico
Estimulación de ciertosProcesos biológicos
Resolución de:1. Edema
2. Cicatrización3. inflamación
CARASTERISTICAS FÍSICAS DEL LASER
COMUNICACIÓNCON ENERGÍA
Excitación de los átomosTérmica, eléctrica,
Química, etc.
MONOCROMATICIDAD COHERENCIA DIRECCIONALIDAD
Misma:Longitud de Onda
Frecuencia-IR-UV
Fotones están en faseSuma de estados.
vibracionalesAMPLIFICACIÓN DE
LA INTENSIDAD
Una cavidad ResonanteEscasa divergenciaAmplificación de losfotones en el sentidoDel eje del material.
EMISIÓN ESTIMULADA DE RADIACIÓN
PRODUCCIÓN
Medio Activo Sistema de Bombeo Cavidad Resonante
En este se lleva acabo laEmisión estimulada
Aporta energía externa,Inversión de población.
Óptico, eléctrico, químico.
Dos espejos paralelosAmplificación en 1 dirección
Monocromaticidad.
TIPOS DE LASER
1. Por su elemento productor
2. Por la banda del espectro E-M
3. Por niveles de potencia
4. Por el sistema de aplicación
5. Por su tipo y efectos biológicos
MÉTODO DE PRODUCCIÓN
1. LASER DE GASES: elaborado Mediante descargas eléctricas sobre determinados gases
2. LASER DE DIODO: obtenido porel paso de corriente a través de unsemiconductor
3. LASER DE RUBÍ: por destellosluminosos sobre cristales dopadoscon elementos semiconductores.
LASER DE GAS
Tubo cilíndrico, hermético yalargado, conteniendo
el gas o la mezcla
En los extremos contieneespejos paralelos con el fin
de conseguir reflexiones
Uno de ellos presenta en sucentro una zona de 5-20%
de semitransparencia
El tubo soporta 2 electrodosdestinados a aplicar descargas
eléctricas para estimularlos
LASER DE DIODO
Componente electrónico con2 minerales de distinta cargapuestos en contacto dejan
pasar C.E en un solo sentido
En la unión de los minerales seproduce energía E-M en la
banda de IR.
La potencia se consigue con laIntensidad de corriente quecircule entre ambos prismas
A cada prisma se le une un electrodo donde se aplicacorriente en instantes y
seguido de amplios reposos.
Refrigerar eldiodo
LASER DE RUBÍ
Cilindro de cristal fabricado a temperaturas de 1500ºC , pero dopadocon algunos minerales raros como el neodimio, cromo, oxido de aluminio.
Sobre este cilindro se descargan fuertes destellos luminosos de luz blancacon lámparas de flash, se produce una reacción electrónica y se estimulala emisión de fotones.
Estos son reconducidos a las bases del cilindro en forma de luz láser.
MODOS DE APLICACIÓN
CAÑON (gases) PUNTUAL (diodo)
DIRECTO
DIRIGIDO
F. ÓPTICA
Mayor aprovechamientode la W, pero
Compleja colocación
Espejos controlados porSistema de motoresBarrido de escáner.
Zonas no accesibles,Acupuntura, pero
presenta divergencia
Predeterminado
Barrido Puntos
Barrido zona
De acuerdo al Tx, convarios puntos en unazona pero con poca
potencia
Sin dejar espaciossin energía.
TIPOS DELASER
HE-NE CO2 AR-GA
1.Haz paralelo, colimado y fino2. Sin perdida de W a distancia
Banda roja, 633nm15-50mW
Banda infrarroja, 900-1000nm0,1-10W - B
Banda infrarroja, 780-905nm
0,1- 100mW
Emisión pulsada
PARAMETROS DE APLICACIÓN
Densidad deEnergía
Datos delFabricante
Potencia
Energía depositada por cada centímetro cuadradode tejido, mas el tiempo aplicado.
(W)(t) = J (2-30J)
CONTINUO: W, divergencia en ángulo, superficieDel haz en mm² o cm ²
PULSADO: Wp, Wef, f de pulsos y t ns o ms
Mayor potencia – Mayor penetración
Potencias iguales – Mayor penetración de ג
1. 14J = 2W * Xsg2. 25J = 0,25W *Xsg3. 100J = 2000sg * XW
¿Cómo hallaríamos la dosis que recibe cada cm² en una determinada aplicación?
Hemos aplicado con un equipo de He-Ne, 7mW durante 42min. En un barrido de 10 x 10 cm.
P 7mW = 0,007W t 42min = 2500sg 10 x 10 = 100cm² J = W*t = 17,5J totalesPor cada cm² se recibe 0,175J
APLICACIONES MÉDICAS EN FOTOTERAPIA
Ley delCuadrado dela distancia
Ley delCoseno de
Lambert
Ley deBunsen-Roscoe
Ley deGrotthus-
Draper
Establece que la intensidad de una radiación electromagnética que incide sobre una superficie determinada está en relación inversa con el cuadrado de la distancia entre el foco emisor y la superficie.
Establece que la máxima intensidad de la irradiación sobre una superficie se obtiene cuando el haz incide perpendicularmente sobre ésta. Si la incidencia no es perpendicular, por el fenómeno de reflexión la intensidad disminuye.
Se refiere a la importancia de un mínimo de intensidad para obtener los efectos, y que esta intensidad está en relación inversamente proporcional con el tiempo de aplicación para obtener la misma densidad de energía y por consiguiente, los mismos efectos.
De este modo en la metodología de tratamiento, cuando se calcula una dosis se hace pensando en la energía que se va a absorber, por lo que se evitaa toda costa la reflexión, la dispersión en otros tejidos, se tiene en cuenta la capacidad de transmisión o penetración, la longitud de onda utilizada.
DIATERMIA
Baja frecuencia e intensidad
SeguridadEléctrica.