- •Занятие по дисциплине «Медицинская и биологическая физика» для специальности «Стоматология»
- •(28Ноября-2декабря 2011г.)
- •1. Теплофизические характеристики, которые необходимо учитывать при подборе стоматологических материалов
- •2. Температуры кипения и плавления
- •3. Теплоёмкость и удельная теплоёмкость материалов
- •4. Коэффициенты теплопроводности и температуропроводности тела, их физический смысл и связь между ними
- •5. Время выравнивания температур в неравномерно нагретом теле
- •6. Изменение линейных и объемных размеров тела при нагревании, термические коэффициенты линейного и объемного расширения тел.
- •Методика определения термического коэффициента линейного расширения материалов (лабораторная работа)
- •Порядок выполнения работы
3. Теплоёмкость и удельная теплоёмкость материалов
Теплоемкостью тела называют отношение количества теплоты Q, необходимого для повышения его температуры от значения Т1 до значения Т2, к разности этих температур Т = Т2 – T1:
. (3)
Теплоемкость характеризует то количество теплоты, которое нужно сообщить телу, чтобы нагреть его на 1 К (при охлаждении на 1 К тело выделяет то же количество теплоты, что и поглощает при нагревании).
Нагревая тела с одинаковыми массами, но состоящие из различных веществ, можно обнаружить, что для повышения их температуры на 1 К требуются различные количества теплоты; следовательно, теплоемкость тела зависит от его природы. Теплоемкость тела также пропорциональна его массе. Поэтому характеристикой тепловых свойств вещества является его удельная теплоемкость с - величина, равная отношению теплоемкости тела к его массе:
. (4)
В СИ удельная теплоемкость вещества выражается в Дж/(кг К).
Зная теплоемкость вещества, можно определить количество теплоты, необходимое для нагревания тела массой m от температуры T1 до температуры Т2:
Q = cmT = cm(T2 – T1). (5)
Необходимость учёта теплоемкостей различных материалов в стоматологической практике связана с довольно значительным различием теплоемкостей тканей зуба и применяемых материалов. Наличие в ротовой полости материалов с различной теплоемкостью сопровождается неприятными ощущениями, и в ряде случаев может приводить к возникновению различных побочных эффектов (выкрашивание пломб, воспалительные процессы и т.д.).
4. Коэффициенты теплопроводности и температуропроводности тела, их физический смысл и связь между ними
Теплопроводность тела означает его способность проводить тепло. Если в разных местах тела температура различна, то возникает поток тепла из мест более нагретых в места менее нагретые, продолжающийся до тех пор, пока температура во всем теле не выровняется.
Теплопроводность тела количественно оценивается значением коэффициента теплопроводности , который определяет скорость передачи тепла (количество переданной теплоты Q за единицу времени t, т.е. Q/t) от более нагретых к менее нагретым участкам в единице объема тела V при разности температур между участками Т = 1 К, т.е. (6). Но Q = сmТ. Подставим последнее в (6), получим . Учитывая, что m/V = (плотность тела), окончательно имеем
(7).
Размерность в СИ – Вт/м К.
Величина называется коэффициентом температуропроводности k и характеризует скорость выравнивания темяЧператур в неравномерно нагретом теле.
Из (7) следует, что . Таким образом, чем выше с , тем меньше k даже в тех условиях, когда коэффициент теплопроводности относительно высок.
Размерность k в СИ – м2/с.
Стоматологов коэффициент теплопроводности интересует при выборе материалов для пломбировочных композиций. Если пломба изготовлена из материала, имеющего коэффициент теплопроводности больший, чем у эмали и дентина, то при приеме горячей или холодной пищи возможны болезненные ощущения, связанные с нагревом или охлаждением пульпы зуба. Термическое раздражение пульпы зуба необходимо учитывать также и при изготовлении коронок, полукоронок, вкладок. Чтобы избежать осложнений, для изготовления подобных конструкций выбирают материалы с малой теплопроводностью (пластмасса, фарфор) или фиксацию на зубах производят с помощью материалов с низкой теплопроводностью (фосфат-цементы).
Зубные структуры работают эффективно как теплоизоляторы только при достаточной толщине. Когда слой дентина между дном кариозной полости и пульпой мал, врач должен это учитывать и поместить слой изолирующего материала. Эффект материала предотвращать теплопередачу прямо пропорционален толщине изолирующего материала и обратно пропорционален . То есть, чем меньше к, тем меньше толщина изолирующего слоя.