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” Captura de calor del medio Entrega de calor al medio www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09

Temperatura Una medida es la temperatura… Gas Liquido Solido Temperatura -> Energía interna -> Movilidad de los átomos 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 1 Grado Termómetro 1 kg Agua Agua 1 kcal = 4186.8 J Calor/Energía www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09

Capacidad o contenido calórico Calor esp. [kcal/kgK] 1.00 0.30 0.27 0.12 0.20 0.18 0.005 0.03 Densidad [g/cm3] 1.00 2.14 2.13 2.59 1.6-2.4 2.97 11.6 19.3 Material Agua Dentina Inometro de vidrio Fosfato de Zinc Composite Esmalte Amalgama Oro puro (a volumen constante) Calor /Energía interna [J o cal] Masa [kg] Calor Especifico [J/kgK, kcal/kg K] Grados Kelvin [= 273.15 + °C] 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 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 eficiente ΔQ = 0.5 kcal/m hrs K 10-5 m2 1 hr 3 K/1.6x10-2 m = 9.38x10-5 kcal -> 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 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] www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09

Arterias y venas Re >> 50000 flujo turbulento 60.04 m2   Diametro Numero Seccion Largo Elemento mm total cm2 cm Re Aorta 10.000 1 0.8 40 1.04E+05 Grandes Arterias 3.000 3 20 2.93E+03 Ramas arteriales principales 1.000 600 5 10 1.09E+02 Ramas arteriales secundarias 0.600 1800 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 5.21E-05 Venolas 80000000 570 2.78E-03 Ramas venosas finales 0.075 4.28E-02 Ramas venosas terminales 0.130 132 2.23E-01 Ramas venosas terciarias 0.280 47 2.25E+00 Ramas venosas secundarias 1.500 30 3.26E+02 Ramas venosas principales 2.400 27 1.41E+03 Grandes Venas 6.000 11 2.15E+04 Vena hueca 12.500 1.2 1.95E+05 Midizinische Hochschule Hannover, Christoph Hartung Cuidado: nombres traducidos del alemán, posibles errores Re >> 50000 flujo turbulento Re  2300-50000 transición Re << 2300 flujo laminar 60.04 m2 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 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 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] 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 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] 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 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. www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09

Coeficiente de expansión térmica 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 Dilatación [m] Coeficiente de expansión térmica [1/°C] Largo del cuerpo [m] Cambio de temperatura [°C] www.gphysics.net – UACH-Fisica en la Odontologia–2-2-Propiedades-Termodinamicas-Versión 04.09

Contacto Dr. Willy H. Gerber wgerber@gphysics.net 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