Transcript 2. Materiales 2.3 Propiedades Eléctricas y Termodinámicas

2. Materiales
2.3 Propiedades Termodinámicas
Dr. Willy H. Gerber
Instituto de Fisica
Universidad Austral
Valdivia, Chile
Objetivos: Comprender la forma reaccionan los distintos materiales
que se emplean en la practica profesional.
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Administración de Energía
“Calefacción del diente”
Entrega de calor al medio
Captura de calor del medio
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
2
Temperatura
Una medida es la temperatura…
Gas
Liquido
Solido
Temperatura -> Energía interna -> Movilidad de los átomos
3
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Calor especifico
cagua = 1 kcal/kgK = 4186.8 J/kgK
Termómetro
1 Grado
1 kg Agua
Agua
1 kcal = 4186.8 J
Calor/Energía
4
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Capacidad o contenido calórico
(a volumen constante)
Calor /Energía interna [J o cal]
Masa [kg]
Calor Especifico [J/kgK, kcal/kg K]
Grados Kelvin [= 273.15 + °C]
Calor esp.
Material
[kcal/kgK]
Agua
1.00
Dentina
0.30
Inometro de vidrio 0.27
Fosfato de Zinc
0.12
Composite
0.20
Esmalte
0.18
Amalgama
0.005
Oro puro
0.03
Densidad
[g/cm3]
1.00
2.14
2.13
2.59
1.6-2.4
2.97
11.6
19.3
Persona de 30 g con 36.7 °C con Capacidad de Calor Especifico de 0.07 kcal/kgK:
Q = 0.030 kg 0.07 kcal/kg K 309.85 K = 6.30x10-4 kcal
5
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Conducción de calor
Calor transportado [J o cal]
Conductividad térmica [J/msK o kcal/m hrs K = 1.163 J/msK]
Sección del conductor [m2]
Tiempo transcurrido [s o hrs]
Largo del conductor [m]
Diferencia de temperatura [°K o °C]
Conducción por una diente de largo 16 mm, sección 10-5 m2, con una diferencia de
3 grados, durante una hora y conductividad de 0.5 kcal/m hrs K:
no es un mecanismo
ΔQ = 0.5 kcal/m hrs K 10-5 m2 1 hr 3 K/1.6x10-2 m = 9.38x10-5 kcal ->
eficiente
6
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Conducción de calor – difusividad termica
Material
Agua
Dentina
Ionometro de vidrio
Fosfato de Zinc
Composite
Esmalte
Amalgama
Oro puro
W/mK
0.44
0.57
0.51-0.72
1.05
1.09-1.37
0.93
22.6
297
cm2/s
0.0014
0.0018-0.0026
0.0022
0.0030
0.0019-0.0073
0.0047
0.96
1.18
7
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Transmisión de calor
Calor transportado [J o cal]
Coeficiente de transmisión [J/s m2 K o kcal/hrs m2 K]
Sección del conductor [m2]
Tiempo transcurrido [s o hrs]
Diferencia de temperatura [°K o °C]
8
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Midizinische Hochschule Hannover, Christoph Hartung
Arterias y venas
Diametro Numero
Seccion Largo
Elemento
mm
total cm2 cm Re
Aorta
10.000
1
0.8
40 1.04E+05
Grandes Arterias
3.000
40
3
20 2.93E+03
Ramas arteriales principales
1.000
600
5
10 1.09E+02
Ramas arteriales secundarias
0.600
1800
5
4 2.17E+01
Ramas arteriales terciarias
0.140
76000
11.7 1.4 2.81E-01
Ramas arteriales terminales
0.050
1000000
19.6 0.1 1.28E-02
Ramas arteriales finales
0.030
13000000
91 0.15 2.73E-03
Arteriolas
0.020
40000000
1250 0.2 8.14E-03
Capilares
0.008 1200000000
600 0.1 5.21E-05
Venolas
0.030
80000000
570 0.2 2.78E-03
Ramas venosas finales
0.075
13000000
570 0.15 4.28E-02
Ramas venosas terminales
0.130
1000000
132 0.1 2.23E-01
Ramas venosas terciarias
0.280
76000
47 1.4 2.25E+00
Ramas venosas secundarias
1.500
1800
30
4 3.26E+02
Ramas venosas principales
2.400
600
27
10 1.41E+03
Grandes Venas
6.000
40
11
20 2.15E+04
Vena hueca
12.500
1
1.2
40 1.95E+05
Cuidado: nombres traducidos del alemán, posibles errores
Re >> 50000 flujo turbulento
Re  2300-50000 transición
Re << 2300 flujo laminar
60.04 m2
9
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Transmisión
Transmisión a y desde vasos sanguíneos con una
superficie total de 10-5 m2, coeficiente de
transmisión de 300 kcal/m hrs K y 3 grados de
diferencia de temperatura:
ΔQ = 300 kcal/m hrs K 10-5 m2 1 hr 3 K = 9.0x10-3 kcal
Transporte de calor ante todo por flujo sanguíneo
más eficiente que conducción
10
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Transmisión
Transmisión de un cuerpo de superficie 10-5 m2, con
una temperatura corporal de 36.7 °C grados y una
temperatura ambiental de 20 °C. Suponiendo un
coeficiente de transmisión de 300 kcal/m hrs K se
obtiene por hora:
ΔQ = 300 kcal/m hrs K 1x10-5 m2 1 hr 16.7 K
= 5.01 x10-2 kcal
Transmisión de calor ante todo por
transmisión del diente a aire/saliva
11
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Transmisión de calor
Calor transportado [J o cal]
Coeficiente de transmisión compuesto [J/s m2 K o kcal/hrs m2 K]
Sección del conductor [m2]
Tiempo transcurrido [s o hrs]
Diferencia de temperatura [°K o °C]
12
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Transmisión
Radiación de un cuerpo de superficie 10-5 m2, con
una temperatura corporal de 36.7 °C grados y una
temperatura ambiental de 20 °C. Suponiendo que
nos envuelve una capa de 16 mm de esmalte con
conductividad térmica de 0.12 kcal/m hrs K y los
coeficientes de transmisión son 300 kcal/m hrs K:
1/k = 2/300 + 0.016/0.12 = 0.0483 m hrs K/kcal
k = 20.69 kcal/m hrs K
ΔQ = 20.69 kcal/m hrs K 10-5 m2 1 hr 16.7 K = 3.46x 10-3 kcal
Perdida de calor muy reducido por capa aislante
13
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Radiación
Calor irradiado [J o cal]
Tiempo transcurrido [s o hrs]
Constante de Stefan Boltzmann
[4.87x10-8 kcal/hrs m2 K4 = 5.67x10-8 J/s m2 K4]
Grado de emisión
Sección del emisor [m2]
Temperatura del cuerpo 1 [°K]
Temperatura del cuerpo 2 [°K]
14
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Radiación
Radiación de un cuerpo de superficie 10-5 m2, con
una temperatura corporal de 36.7 °C grados y una
temperatura ambiental de 20 °C. Suponiendo el
grado de emisión del agua (0.67) se obtiene por
hora:
ΔQ
Δt
= 4.87x10-8 kcal/hrs m2 K4 0.67 10-5 m2 (309.854 – 293.154)
= 5.978 10-4 kcal
Factor de importancia pero no trascendental
15
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Evaporación
Calor irradiado [J o cal]
Masa evaporada [kg]
Energía de evaporación [kcal/kg o J/kg]
Para 1 kg de sudor con una energía de evaporación de 538.9 kcal/kg.
16
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Coeficiente de expansión térmica
Dilatación [m]
Coeficiente de expansión térmica [1/°C]
Largo del cuerpo [m]
Cambio de temperatura [°C]
Material
Porcelana aluminosa
Dentina
Titanio puro
Ionomero de vidrio
Esmalte Dental
Aleacion de oro platinado
Oro puro
Aleacion de plata-platinado
Amalgama
Composite
Resina para protesis
Sellador de fosas y fisuras
Cera para incrustaciones
ppm/K
6.6
8.3
8.5
11.0
11.4
13.5
14.0
14.8
25.0
14-50
81.0
85.0
400.0
17
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09
Contacto
Dr. Willy H. Gerber
[email protected]
Instituto de Fisica
Universidad Austral de Chile
Campus Isla Teja
Casilla 567, Valdivia, Chile
www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09