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martes, 18 de agosto de 2015

Energía, Trabajo y Calor

La energía está presente en todos los cuerpos (si el cuerpo está en reposo posee energía potencial y si está en movimiento la energía potencial se ha trasformado en energía cinética).
La fuerza es una acción que solo se puede expresar cuando hay interacción entre dos cuerpos. Fuerza aplicada de un cuerpo al otro transforma la energía potencial en cinética.
El resultado de esta aplicación de fuerza para transformar la energía se denomina trabajo.
El calor es una forma de energía que puede transformarse en otras y viceversa. Consideramos dos cuerpos A y B a temperatura T1 y T2 suponemos que T1 es mayor que T2. Al poner en contacto los dos cuerpos la experiencia nos demuestra que pasa de A a B una cierta energía que denominamos calor. En este caso decimos que el calor pasa del cuerpo caliente al frío por conducción. Las moléculas del cuerpo caliente están muy excitadas y tienen una gran energía de vibración. Estas chocan con las vecinas más lentas del cuerpo frío y comparten con ellas algo de su energía de movimiento por tanto la energía de movimiento térmico se transmite de una molécula a la siguiente aunque cada molécula permanece en su posición original.


Calorimetría

La calorimetría se encarga de medir el calor en una reacción química o un cambio físico usando un calorímetro. La calorimetría indirecta calcula el calor que los organismos vivos producen a partir de la producción de dióxido de carbono y de los residuos de nitrógeno (frecuentemente amoníaco en organismos acuáticos y urea en organismos terrestres), y del consumo de oxígeno.  
Fue mediante calorimetría que Joule calculó el equivalente mecánico del calor demostrando con sus experiencias que 4.18 J de cualquier tipo de energía equivalen a 1 caloría.
Antoine de Lavoisier indicó en 1780 que la producción de calor puede ser calculada por el consumo de oxígeno de los animales. Naturalmente, el calor generado por los organismos vivos también puede ser medido por calorimetría directa, en la cual el organismo entero es colocado en el interior del calorímetro para hacer las mediciones.


Termometría

La termometría es la encargada de la medición de la temperatura en sistemas o cuerpos. Para realizar dicha medición, se utiliza un instrumento llamado termómetro, que aprovecha el fenómeno de dilatación de los cuerpos con el calor, para poder medir la temperatura.


Unidad 3: Termodinámica de los sistemas biológicos.
   
  1. Termometría.
  2. Calorimetría.
  3. Energía.
  4. Calor.
  5. Trabajo.
  6. Temperatura y escalas termométricas.
  7. Escala Celsius.
  8. Escala Fahrenheit
  9. Escala Kelvin.
  10. Mecanismos de Propagación del calor.
  11. La Entalpía.
  12. La Entropía.
  13. Reacciones químicas endotérmicas.
  14. Reacciones químicas exotérmicas.
  15. Fenómenos Termodinámicos 
  16. Fenómenos homeostáticos de regulación del cuerpo humano.
  17. Temperatura.
  18. Radiación.
  19. Evaporación.
  20. Sudor.
  21. Termodinámica de los seres vivos.
  22. Nutrición.
  23. Nutrientes principales.
  24. Procesos de alimentación.
  25. Estrategias metabólicas de los seres vivos.
  26. Clasificación de los nutrientes.



Objetivos
  • Definir Termometría, calorimetría, Energía, trabajo y calor. Temperatura y escalas termométricas. Mecanismos de Propagación del calor.
  • Analizar Leyes de la Termodinámica. La entalpía. Entropía.
  • Diferenciar las Reacciones químicas endotérmicas y exotérmicas. Temperatura, Radiación y termodinámica de los seres vivos.
  • Determinar los Proceso de alimentación. Estrategias metabólicas de los seres vivos.
  • Regulación de calor en los animales. Nutrientes principales. Clasificación.
  • Precisar Radiación. Evaporación y Sudor.





Video: Difusón Simple y Facilitada. Transporte Pasivo


Video: Física II Cohesión y Adhesión 5FM


Fenómenos Físicos y Químicos en los seres vivos
Son transformaciones transitorias, donde las mismas sustancias se encuentran antes y después del fenómeno, es decir, no hay alteración en su estructura molecular. Es fácilmente reversible mediante otro fenómeno físico.
Ejemplos:
  • Cuando un clavo de acero se dobla, sigue siendo acero. Luego podemos enderezarlo recobrando su forma original.
  • Si calentamos una bola de hierro se dilata, si la enfriamos hasta su temperatura inicial recupera su volumen original.
  • Condensación del vapor de agua. 
Las actividades de los seres vivos se realizan con energía química, que se produce a partir de varios procesos distintos, según cada organismo: fotosíntesis, quimiosíntesis, fermentación y respiración.
Ejemplos:
  • Ciclo de Cori.
  • Glucogenólisis.
  • Ciclo de la urea.



Es un fenómeno físico relacionado con el movimiento de un solvente a través de una membrana semipermeable. Tal comportamiento supone una difusión simple a través de la membrana, sin gasto de energía. La ósmosis del agua es un fenómeno biológico importante para el metabolismo celular de los seres vivos.


Separación de las sustancias que están juntas o mezcladas en una misma disolución, a través de una membrana que las filtra.


El fenómeno de adsorción es el proceso por el cual átomos o moléculas de una sustancia que se encuentra en determinada fase, son retenidas en la superficie de otra sustancia, que se encuentra en otra fase. Como resultado de este proceso, se forma una capa de líquido  o gas en la superficie de una sustancia sólida o líquida. 
Tipos de adsorción según la atracción entre soluto y adsorbente
Adsorción por intercambio: Ocurre cuando los iones de la sustancia se concentran en una superficie como resultado de la atracción electrostática en los lugares cargados de la superficie (p. ej. en las cercanías de un electrodo cargado).
Adsorción física: Se debe a las fuerzas de Van der Waals y la molécula adsorbida no está fija en un lugar específico de la superficie, y por ello está libre de trasladarse en la interfase.
Adsorción química: Ocurre cuando el adsorbato forma enlaces fuertes en los centros activos del adsorbente.



Se entiende por difusión, el proceso por el cual las moléculas se entremezclan, como consecuencia del movimiento aleatorio que le impulsa su energía cinética. Consideremos dos contenedores de gas A y B separados por un separador. Las moléculas de ambos gases están en constante movimiento y efectúan numerosas colisiones contra el separador. Los gases se mezclarán debido a las velocidades aleatorias de sus moléculas. Con el tiempo, se producirá en el recipiente una mezcla uniforme de moléculas de A y B.
La difusión (también difusión molecular) es un proceso físico irreversible, en el que partículas materiales se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente, aumentando la entropía (Desorden molecular) del sistema conjunto formado por las partículas difundidas o soluto y el medio donde se difunden o disuelven.
Difusión sustitucional
En este tipo de difusión, el tamaño del átomo que difunde y el de los átomos de la red cristalina es parecido. La difusión se produce aprovechando los defectos de laguna.
Difusión intersticial
La difusión intersticial se produce cuando los átomos entrantes son más pequeños que los existentes en la red cristalina. Los átomos (considerados como una esfera maciza), se colocan en los huecos existentes en la red cristalina.
La ley que rige la difusión es la Ley de Fick. Otra forma para encontrar la correlación de difusión entre átomos, es sacar la derivada por la hipotenusa entre el radio de cierta medida, entre los caracteres de un punto polar en la primera cara de cff; por la integral de dicha ecuación.
Difusión neta
Diferencia de difusión entre las dos regiones de distinta concentración es lo que se conoce como difusión neta.
Difusión simple
Se denomina difusión simple al proceso por el cual se produce un flujo neto de moléculas a través de una membrana permeable sin que exista un aporte externo de energía. 
Difusión facilitada
La difusión facilitada utiliza canales (formados por proteínas de membrana) para permitir que moléculas cargadas (que de otra manera no podrían atravesar la membrana) difundan libremente hacia afuera y adentro de la célula.



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La acción capilar es el resultado de la adhesión y la tensión superficial. La adhesión del agua a las paredes de un recipiente, originará una fuerza hacia arriba sobre los bordes del líquido y como resultado su ascenso sobre la pared. La tensión superficial, actúa para mantener intacta la superficie del líquido, de modo que en vez de solo moverse los bordes hacia arriba, toda la superficie entera del líquido es arrastrada hacia arriba.


La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial la cual, a su vez, depende de la cohesión del líquido y que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.
Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja. El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y esta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad.
Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión al capilar, como el caso del mercurio, la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa.




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