UACH Fisica En La Odontologia 2 3 Propiedades Termodinamicas

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
2

Temperatura

Una medida es la temperatura…

Gas Liquido Solido

Temperatura -> Energía interna -> Movilidad de los átomos
3

Calor especifico

cagua = 1 kcal/kgK = 4186.8 J/kgK

Termómetro 1 Grado

Agua 1 kg Agua

1 kcal = 4186.8 J

Calor/Energía

4

Capacidad o contenido calórico

Calor esp. Densidad
Material [kcal/kgK] [g/cm3]
Agua 1.00 1.00
(a volumen constante) Dentina 0.30 2.14
Inometro de vidrio 0.27 2.13
Fosfato de Zinc 0.12 2.59
Calor /Energía interna [J o cal]
Composite 0.20 1.6-2.4
Masa [kg]
Esmalte 0.18 2.97
Calor Especifico [J/kgK, kcal/kg K]
Amalgama 0.005 11.6
Grados Kelvin [= 273.15 + °C] Oro puro 0.03 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

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
∆Q = 0.5 kcal/m hrs K 10-5 m2 1 hr 3 K/1.6x10-2 m = 9.38x10-5 kcal ->
eficiente 6

Conducción de calor – difusividad termica

Material W/mK cm2/s
Agua 0.44 0.0014
Dentina 0.57 0.0018-0.0026
Ionometro de vidrio 0.51-0.72 0.0022
Fosfato de Zinc 1.05 0.0030
Composite 1.09-1.37 0.0019-0.0073
Esmalte 0.93 0.0047
Amalgama 22.6 0.96
Oro puro 297 1.18

7

Transmisión de calor

Coeficiente de transmisión [J/s m2 K o kcal/hrs m2 K]

8

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
Midizinische Hochschule Hannover, Christoph Hartung

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 60.04 m2
Re ≈ 2300-50000 transición
Re << 2300 flujo laminar
9

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:

∆Q = 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

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:
∆Q = 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

Transmisión de calor

Coeficiente de transmisión compuesto [J/s m2 K o kcal/hrs m2 K]

12

Transmisión

Radiación de un cuerpo de superficie 10-5 m2, con
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

∆Q = 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

Radiación

Calor irradiado [J o cal]
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

Radiación

Radiación de un cuerpo de superficie 10-5 m2, con
temperatura ambiental de 20 °C. Suponiendo el
grado de emisión del agua (0.67) se obtiene por
hora:

∆Q
= 4.87x10-8 kcal/hrs m2 K4 0.67 10-5 m2 (309.854 – 293.154)
∆t
= 5.978 10-4 kcal

Factor de importancia pero no trascendental

15

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

Coeficiente de expansión térmica

Material ppm/K
Porcelana aluminosa 6.6
Dentina 8.3
Titanio puro 8.5
Ionomero de vidrio 11.0
Esmalte Dental 11.4
Aleacion de oro platinado 13.5
Oro puro 14.0
Aleacion de plata-platinado 14.8
Dilatación [m] Amalgama 25.0
Coeficiente de expansión térmica [1/°C] Composite 14-50
Largo del cuerpo [m] Resina para protesis 81.0
Cambio de temperatura [°C] Sellador de fosas y fisuras 85.0
Cera para incrustaciones 400.0

17

Contacto

Dr. Willy H. Gerber
wgerber@gphysics.net

Instituto de Fisica
Universidad Austral de Chile
Campus Isla Teja
Casilla 567, Valdivia, Chile


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