fisica ii buap

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L.Ft MOISES BRITEÑO VAZQUEZ

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Page 1: Fisica ii buap

L.Ft MOISES BRITEÑO VAZQUEZ

Page 2: Fisica ii buap

TERMODINÁMICA

MOVIMIENTO VIBRATORIO

ONDAS ACÚSTICAS

ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS

RADIACIONES

ELECTROMAGNETISMO

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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.

Page 4: Fisica ii buap

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).

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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.

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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.

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“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.

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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.

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¿Qué es?

Me suena

Y a mi de que me sirve saberlo?

Que relación tiene con lo que estudio?

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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.

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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.

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“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.”

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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

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“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

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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

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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

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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)

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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)

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APLICACIÓN DE CALOR

SÓLIDO-FUNDE AGUA-HIERVE

CALOR

ELECTRICA

ELECTROMAGNÉTICA

MECÁNICA

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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%.

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ELIMINACIÓN DE CALOR

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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

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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.”

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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?

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ONDAS SONORAS

PERTURBACIÓNMEDIO

FLUIDOS SÓLIDOS

LONGITUDINALES L Ó TRANSVERSALES

MECÁNICAS

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PERTURBACIÓN AIRE

TÍMPANOPUESTO EN VIBRACIÓNDIFERENCIA DE (P)

MARTILLOYUNQUEESTRIBO

OIDO INTERNO

NERVIO AUDITIVOPERCEPCIÓN20Hz a 20 KHz

Región audible ( espectro de f del sonido)

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Limite superior

ultrasónico

audible

infrasónico

1GHz

20kHz

20Hz

Espectro de Frecuencia del Sonido

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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

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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.

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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

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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

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VELOCIDAD DE PROPAGACION DEL ULTRASONIDO

EN ALGUNOS MEDIOS

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Coeficiente de atenuación

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Reflexión porcentual del US

INTERFASE REFLEXIÓN %

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PROFUNDIDAD MEDIA (mm) EN DIVERSOS MEDIOS PARA US

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 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

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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

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  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.

 

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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.

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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.

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¿ 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

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¿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

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¿ 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

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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

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LÁMPARA INFRARROJA

150-250W

1000nm - IRA

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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

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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

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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

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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

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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.

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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

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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.

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EMISIÓN ESTIMULADA DE RADIACIÓN

Page 67: Fisica ii buap

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.

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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.

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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

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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

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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.

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Page 73: Fisica ii buap

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.

Page 74: Fisica ii buap

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

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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

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1. 14J = 2W * Xsg2. 25J = 0,25W *Xsg3. 100J = 2000sg * XW

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¿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

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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.

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DIATERMIA

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Baja frecuencia e intensidad

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SeguridadEléctrica.

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