17990 strona (287)

Chcąc zastosować energię fizyczną w celach leczniczych nie wystarczy sięgnąć do jakiegoś zbiornika, ale trzeba jeszcze stworzyć warunki, które pozwolą przekazywać ją do tkanek. W skrócie można powiedzieć, że taki warunek formułuje druga zasada termodynamiki. Jest nim różnica temperatur. Zasada ta, wyprowadzona z obserwacji przemian energii cieplnej, została następnie rozszerzona na inne rodzaje energii. Do wykonania pracy konieczne są różnice potencjałów energii i istnienie energii swobodnej. Różnice potencjałów można sobie wyobrazić jako różnicę między poziomami - energia z wyższego poziomu swobodnie „przepływa" na niższy, podobnie jak woda, aż do wyrównania poziomów, lecz nie może wrócić. Różnice potencjałów warunkują istnienie „energii swobodnej", tj. energii, która wykazuje tendencję do samoistnego rozładowania. Tę tendencję do samoistnego rozładowania nazywamy napięciem. Woda płynie z góry na dół, samochód na pochyłości trzeba zahamować, bo inaczej „sam" zjedzie, gorąca herbata „sama" stygnie. W wyniku wyładowania wolnej energii następuje nieodwracalne wyrównywanie potencjałów energii i jej rozpraszanie. Proces ten jest znany jako powstawanie entropii. Pojęcie entropii wyprowadzono z zasad termodynamiki. Brak różnicy potencjałów oznaczałby zupełną niemożność dokonywania przemian energetycznych, co byłoby równoznaczne z zamarciem życia na Ziemi i jest określane teoretycznie jako fizyczny koniec świata. Życie na Ziemi istnieje dzięki nieustającemu napływowi energii swobodnej ze Słońca, tj. energii o potencjale wyższym niż ten, który ma energia w biosferze.

W związku z zasadami termodynamiki powstało pojęcie zera bezwzględnego jako punktu wyczerpania zasobu energii cieplnej. Na tej podstawie Kelvin skonstruował skalę temperatur bezwzględnych.

Energię swobodną można wykorzystać do wykonania pracy, wprowadzając mechanizmy kierujące jej rozładowaniem i kontrolujące je. Dzięki takim mechanizmom pracują zarówno maszyny parowe, silniki spalinowe, jak i przebiegają procesy energetyczne w ustrojach żywych. Aparaty fizykoterapii służą do wytworzenia różnicy potencjałów i wolnej energii, do kontrolowanego rozładowania tej energii i przemieszczenia do ustroju. W medycynie fizykalnej chodzi o to, by uwolniona i przekazana energia została doprowadzona do tkanek, włączyła się w procesy fizjologiczne i wypracowała zmiany korzystne dla zdrowia.

Potencjały energii, a zatem i ich różnice, przedstawia się w jednostkach, które dla każdego rodzaju energii są inne. Potencjał ciepła, czyli temperaturę, określa się w stopniach Celsjusza (°C), Kelvina ( K) lub innych. Potencjał i napięcie energii elektrycznej przedstawia się w woltach (V). Poziom potencjalnej energii mechanicznej, czyli ciśnienie, określa się w paskalach (Pa). Poziom kinetycznej energii mechanicznej, czyli siłę, przedstawia się w niutonach (N).

Napięcie promieniowania elektromagnetycznego jest skomplikowaną interakcją między absorpcją i emisją. W fizykoterapii wystarczy pojęcie natężenia emisji.

1.2.2. Jednostki energii i mocy

Podstawową jednostką energii jest dżul [J], Inne jednostki to: kaloria, 1 kal = 4,18 J; kilogramomelr, 1 kgm = 9,8 J; kilowatogodzina, 1 kWh = 3 600 000 ).

11