TERMODINÁMICA

BASES BIOLÓGICAS

FACULTAD DE PSICOLOGIA SIGMUND FREUD

SIGNIFICADO ETIMOLÓGICO

THERMO: CALORDINAMICUS: MOVIMIENTO

Movimiento del calor o bien teoría del movimiento

molecular

CONCEPTOS BASICOS

1.Estado de equilibrio de un sistema es cuando las variables

macroscópicas presión p, volumen V, y temperatura T, no cambian. El estado de

equilibrio es dinámico en el sentido de que los constituyentes del sistema se

mueven continuamente. Los estados de equilibrio se estudian y definen por medio

de magnitudes extensivas, no-extensivas derivadas de las anteriores y otras.

CONCEPTOS BASICOS

2.Se denomina ecuación de estado a la relación que existe entre las variables p, V, y T. La ecuación de estado más sencilla es la de un gas ideal pV=nRT, donde n representa el número de moles, y R la constante de los gases R=0.082 atm·l/(K mol)=8.3143 J/(K mol).

3.Se denomina energía interna del sistema a la suma de las energías de todas sus partículas. En un gas ideal las moléculas solamente tienen energía cinética, los choques entre las moléculas se suponen perfectamente elásticos, la energía interna solamente depende de la temperatura.

CONCEPTOS BASICOS

4.Se denomina calor a la energía intercambiada entre un sistema y el medio que le rodea debido a los choques entre las moléculas del sistema y el exterior al mismo y siempre que no pueda expresarse macroscópicamente como producto de fuerza por desplazamiento. Es una transferencia de energía en el que intervienen gran número de partículas. ‘Q’, Joule, Caloría.

1 caloría = 4.186 Joule

CONCEPTOS BASICOS5. Cantidad de calor: Variación energética que acompaña a un traslado

de calor.Q = m x Ce x (Tf – Ti)

Donde:Q= cantidad de calorm = masaCe = Calor especificoTf = temperatura FinalTi = Temperatura Inicial

6. Equilibrio Térmico: Cuando no existe flujo de calor entre uno hacia el otro.

CONCEPTOS BASICOS

7.Energia Cinética: Explica la manera de como se mueven las moléculas (dinámica molecular).  Trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa determinada desde el reposo hasta la velocidad indicada.

CONCEPTOS BASICOS

8. Trabajo: Fuerza que actúa sobre un objeto para causar desplazamiento.

9. Calor Especifico/Capacidad Calorífica: Cantidad necesaria para calentar una unidad de masa o pero elevando su temperatura en 1º C. Propiedad especifica de cada sustancia.

Capacidad calorífica + mx Ce

1.1 DEFINICIÓN

Rama de la física que describe los estados de equilibrio a nivel macroscópico.

El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son los que postulan que

la energía puede ser intercambiada entre sistemas en forma de calor o trabajo, y que sólo puede hacerse de una

determinada maneraCon estas herramientas, la termodinámica describe cómo

los sistemas responden a los cambios en su entorno.

APLICACIONES

Se puede aplicar a una amplia variedad de ramas de la ciencia y de la ingeniería, tales como:• Motores• Cambios de fase• Reacciones químicas• Fenómenos de transporte, e incluso…• Agujeros negros.

ORIGEN

La historia de la termodinámica como disciplina científica se considera

generalmente que comienza con Otto von Guericke quien, en 1650,

construyó y diseñó la primera bomba de vacío 

Paredes termodinámicasContorno termodinámico es un conjunto de paredes

termodinámicas cerradas entre sí de forma que, además de delimitar y confinar al sistema, nos informan sobre los equilibrios que pudiera tener el sistema con el resto del universo.

• Paredes restrictivas o ligadurasAdiabáticas: No permiten el paso de energía térmica (calor).Rígidas: No pueden desplazarse, es decir, no permiten el cambio de volumen del sistema.Impermeables: No permiten el paso

de materia.• Paredes permisivas o contactosDiatérmanas: Permiten el paso de energía térmica.Móviles: Pueden desplazarse.Permeables: Permiten el paso de materia.

PRINCIPIO CEROEstablece que si un cuerpo A se

encuentra a la misma temperatura que un cuerpo B y este tiene la misma temperatura que un tercer cuerpo C,

entonces, el cuerpo A tendrá la misma temperatura que el cuerpo C. Por lo cual estaremos seguros de que tanto el cuerpo A, como el B y C, estarán los tres, en equilibrio térmico.

Es decir: tendrán igual temperatura.

1er PRINCIPIO (1.2)

La primera ley de la termodinámica establece que  la energía no se crea, ni se destruye, sino que se conserva.

Entonces esta ley expresa que, cuando un sistema es sometido a un ciclo termodinámico, el calor cedido por el

sistema será igual al trabajo recibido por el mismo, y viceversa.

Para entender esta ley, es útil imaginar un gas encerrado en un cilindro, una de cuyas tapas es un émbolo móvil y que

mediante un mechero podemos agregarle calor. El cambio en la energía interna del gas estará dado por la diferencia entre el calor agregado y el trabajo que el gas hace al levantar el émbolo contra la presión atmosférica.

2do PRINCIPIO (1.2)

Establece cuales procesos de la naturaleza pueden ocurrir y cuales no.Ejemplo:• Cuando dos objetos que están a diferente temperatura se

ponen en contacto térmico entre si, el calor fluye del objeto mas cálido al mas frio, pero nunca del mas frio al mas cálido.

• Cuando se deja caer una una pelota de goma al piso rebota hasta detenerse pero el proceso inverso nunca ocurre.

Perdidas de energía Tal pérdida es el resultado de la ley cero de la termodinámica

y de los tres tipos de transferencia de calor que existen (conducción, convección o radiación). Primeramente, sean dos o más cuerpos a diferentes temperatura, puestos en contacto

o a cierta distancia, pasado cierto tiempo, alcanzan el equilibrio térmico.

En otras palabras: Si hay trabajo pero no hay calor, hubo una perdida de energía.

2do PRINCIPIO

3er PRINCIPIOEsta ley establece que es imposible conseguir el cero

absoluto de la temperatura (0 grados Kelvin), cuyo valor es igual a - 273.15°C. Alcanzar el cero absoluto de la temperatura también seria una violación a la segunda ley de la termodinámica, puesto que esta expresa que en toda máquina térmica cíclica de

calor, durante el proceso, siempre tienen lugar pérdidas de energía calorífica, afectando así su eficiencia, la cual nunca

podrá llegar al 100% de su efectividad

FUNDAMENTOS MICROSCÓPICOS

Un sistema termodinámico formado por una sustancia pura se puede describir como un conjunto de moléculas iguales, cada una de las cuales tiene un movimiento individual que puede describirse con variables mecánicas como la velocidad o el momento lineal. En ese sentido, la termodinámica se podría considerar como una simple aplicación de las leyes de la mecánica al sistema microscópico.

PROCESOS

Las magnitudes que cambian al pasar de un estado a otro deben estar muy marcadas en dichos estados (inicial y

final). De esta forma los procesos termodinámicos pueden ser interpretados como el resultado de la interacción de

un sistema con otro tras quitar alguna relación entre ellos, de forma que finalmente los sistemas se encuentren

en equilibrio (mecánico, térmico y/o material) entre sí. -Desestabilización del sistema-

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2. SISTEMAS

2.1 Se entiende un objeto o conjunto de objetos que deseamos considerar, el resto del universo que no pertenece al sistema se le

conoce como ambiente

2.2 TIPOS DE SISTEMAS

2.2 TIPOS DE SISTEMAS

1. Sistema aislado: Es aquel que no intercambia ni materia ni energía  con su entorno, es decir se encuentra en equilibrio termodinámico.

Un ejemplo de esta clase podría ser un gas encerrado en un recipiente de paredes rígidas lo suficientemente gruesas

(paredes adiabáticas) como para considerar que los intercambios de energía calorífica sean despreciables y que tampoco puede intercambiar energía en forma de trabajo.

2.2 TIPOS DE SISTEMAS

2. Sistema cerrado: Es el que puede intercambiar energía pero no materia con el exterior. Multitud de sistemas se pueden englobar en esta clase. El mismo planeta tierra puede considerarse

un sistema cerrado.

2.2 TIPOS DE SISTEMAS

3. Sistema abierto: En esta clase se incluyen la mayoría de sistemas que pueden observarse en la vida cotidiana. Por ejemplo, un vehículo motorizado es un sistema abierto, ya

que intercambia materia con el exterior cuando es cargado, o su conductor se introduce en su interior para conducirlo, o es provisto de combustible al repostarse, o se consideran los

gases que emite por su tubo de escape pero, además, intercambia energía con el entorno.

2.2 TIPOS DE SISTEMASExisten otros criterios para la clasificación de sistemas, de esta manera se habla de sistemas:• Homogéneos, si las propiedades macroscópicas de cualquier parte del

sistema son iguales en cualquier parte o porción del mismo. El estado de agregación en el que puede presentarse el sistema puede ser cualquiera. Por ejemplo, una sustancia sólida, pura, que se encuentra cristalizada formando un mono cristal es un sistema homogéneo, pero también lo puede ser una cierta porción de agua pura o una disolución, o un gas retenido en un recipiente cerrado.

• Heterogéneos, cuando no ocurre lo anterior.

3. ENTROPIA Y ANTIENTROPIA

Entropía: Noción que procede de un vocablo griego que puede traducirse como “vuelta” o “transformación”.

Magnitud física termodinámica que permite medir la parte no utilizable de la energía contenida en un sistema.

Esto quiere decir que dicha parte de la energía no puede usarse para producir un trabajo

Medida del desorden de un sistema.

3. ENTROPIA Y ANTIENTROPIAAnti entropía: La entropía contiene siempre dos elementos dialécticos: un elemento creador de desorden, pero también un elemento creador de orden. (...) Vemos, pues, que la inestabilidad, las fluctuaciones y la irreversibilidad desempeñan un papel en todos los niveles de la naturaleza: químico, ecológico, climatológico, biológico -con la formación de biomoléculas-, y finalmente cosmológico.

Ilya  El nacimiento del tiempo (Conferencia en Roma, 1987) ”El universo del no-equilibrio es un universo coherente”

HISTORIAEl físico alemán Rudolf Clausius, en los años 50, fue el primero en cuantificar matemáticamente el fenómeno de la irreversibili-dad en la naturaleza y lo hizo a través de la introducción del concepto de entropía. En su escrito de 1854 Clausius afirma:“Podría ocurrir, que en lugar de un descenso en la transmisión de calor que acompañaría la transmisión en aumento, puede ocurrir otro cambio permanente, que tiene la peculiaridad de no ser reversible, sin que pueda tampoco ser reemplazado por un nuevo cambio permanente de una clase similar, o producir un descenso en la transmisión de calor.”

3.1 El INDIVIDUO COMO SISTEMA TERMODINÁMICO

El organismo como sistema biológico es un sistema abierto y los sistemas abiertos según la termodinámica, transfiere masa y energía con su entorno.

El individuo como entidad biológica se autorregula e intercambia sustancias, energía e información con el medio ambiente que le rodea, con el que mantienen un equilibrio dinámico.

Actualmente es común escuchar el término bioenergética, aplicándolo a los seres vivos como sistemas termodinámicos.

#TodosSomosTermodinámica

3.1 El INDIVIDUO COMO SISTEMA TERMODINÁMICO

• Un ser vivo o individuo es una conjunción de diferentes sistemas capaces de integrarse. Dicha integración permite que el organismo como un todo pueda soportar el desorden inherente a la tendencia natural de cada sistema por separado. El desorden genera una necesidad, manifestándolo mediante moléculas cargadas, aminoácidos o cadenas poli peptídicas que conforman a las proteínas.

3.1 El INDIVIDUO COMO SISTEMA TERMODINÁMICO

Todos los seres vivos realizan tres funciones básicas: relación, nutrición y reproducción y como resultado del proceso evolutivo, todos los organismos, independientemente de la complejidad que poseen, presentan determinadas características comunes que implican transformaciones continuas e intercambio de energía, relacionadas con el funcionamiento del individuo como sistema termodinámico, entre las que se encuentran, por ejemplo:•  Intercambia sustancias, energía e información con el

medio ambiente

3.1 El INDIVIDUO COMO SISTEMA TERMODINÁMICO

• Se metaboliza de forma acoplada se degradan y se sintetizan moléculas con la consiguiente liberación y utilización de energía.

• Usan el sistema de materia viva desde la célula hasta el organismo como un todo, en el que se integran todos los sistemas que lo constituyen siguiente liberación y utilización de energía en sus procesos vitales.

• Se reproduce, se transforma y se adapta, lo que tiene su base en el ciclo celular, que se encuentran en las propiedades del ADN: replicación, transcripción y mutación.

• Se adapta, surgiendo nuevos genotipos que aumentan su frecuencia en las poblaciones por acción de la selección natural, como resultado de la evolución.

3.1 El INDIVIDUO COMO SISTEMA TERMODINÁMICO

• Recibe información procedente del medio interno y del medio ambiente, produciendo respuestas adaptativas que permiten el mantenimiento de la homeostasis.

• Se desarrolla individualmente como un todo íntegro, tendiendo al desorden o entropía durante el envejecimiento.

• Al morir, la materia orgánica que lo constituye es transformada en sustancias inorgánicas que son reincorporadas al medio ambiente en forma de sales, gases e iones, y que son utilizados nuevamente por otros organismos.

NO SOLO SERES HUMANOS

Los organismos fotosintetizadores sintetizan compuestos orgánicos a partir de sustancias

inorgánicas con la participación de energía luminosa. Los heterótrofos, toman los alimentos previamente elaborados por los autótrofos, a partir de los cuales

obtienen la energía.

COMO LO HACEN?

• Los nutrientes incorporados al organismo mediante la nutrición, pasan a la célula y

participan como materia prima en los procesos del metabolismo celular. En aquellos procesos

catabólicos en los que ocurre degradación oxidativa de sustancias, como la respiración

aerobia, se libera energía metabólica, parte de la cual se transforma en calor, se eliminan

sustancias de desecho y aumenta la entropía.

GRACIAS POR SU ATENCION

C. DEBANHÍ FERNANDEZ VALDEZJESSICA REYES GUIGÓN