FENOMENOS TERMODINÁMICOS

¿Qué plantean las leyes de la termodinámica? 

La primera Ley de la termodinámica o Ley de la conservación de la energía, enuncia que la energía es indestructible, ya que no se pierde, sino que se transforma. 

La segunda Ley de la termodinámica indica la dirección en que se llevan a cabo las transformaciones energéticas. El flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos de temperatura más alta a aquellos de temperatura más baja. En esta Ley aparece el concepto de entropía. 

La tercera Ley de la termodinámica afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos, ya que a medida que el sistema se acerca al cero absoluto, el intercambio calórico es cada vez menor hasta llegar a ser casi nulo. 

¿Se cumplen las leyes de la termodinámica en los seres vivos? 

Los seres vivos presentan un constante flujo de energía porque son sistemas termodinámicos abiertos, ya que continuamente están intercambiando materia, energía e información con su medio ambiente, con el que mantienen un equilibrio dinámico. 

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

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.

TERMODINÁMICA EN RELACIÓN CON LA HOMEOSTASIS

La vida como una estructura molecular es capaz de establecer un soporte material de transferencia energética homeostática cuando es estimulada por el medio en condiciones favorables. En esta definición, tenemos implícitos dos conceptos fundamentales: la homeostasis y la entropía. Ambos se encuentran implicados en la transferencia energética que caracteriza la vida. Es, por tanto, la idea de energía lo que define la vida, ya que sólo los organismos vivos pueden ir en contra de la entropía. La homeóstasis es la capacidad de un sistema, abierto o cerrado, que permite regular su ambiente interno para mantener una condición estable de equilibrio. Se trata de una capacidad dinámica, esto es, los componentes del sistema están en constante cambio para mantener dentro de unos márgenes de equilibrio el resultado del conjunto. En la homeóstasis, el movimiento es una condición de equilibrio. Los organismos tienden a aumentar el orden y mantener la homeostasis interna a expensas de un consumo de energía que debe tomar del medio y que es estrictamente necesario para continuar viviendo.

Los organismos vivientes no violan la segunda ley de la termodinámica, pues es evidente que su estado de no-equilibrio térmico es menor que el no-equilibrio térmico del ambiente que les rodea. Si no fuese así, los seres vivientes simplemente no podrían obtener energía desde el ambiente circundante. Para que un organismo se mantenga en un estado de no-equilibrio, ese organismo debe aumentar el estado de equilibrio en el universo. Esto quiere decir que si los organismos se mantienen en un estado de no-equilibrio o entropía estable, deben adquirir no-equilibrio térmico desde un sistema que se encuentre en un estado de mayor no-equilibrio que ellos; en este caso, este sistema en un estado de no-equilibrio térmico mayor que el de los seres vivientes es el universo. Recuerde que la segunda ley de la termodinámica dice que la energía siempre fluye de un estado de mayor densidad a otro estado de menor densidad, o mayor dispersión o difusión. Esto es diferente a considerar que en los sistemas vivientes la difusión de la energía podría ser negativa, cosa que no ocurre con los sistemas químicos o físicos inorgánicos. A medida que un ser vivo pierde su capacidad para adquirir no-equilibrio desde el universo, ese organismo tiende a aumentar su equilibrio térmico. Si el estado de máximo equilibrio se combina con un estado de máxima estabilidad, ello significa la muerte del biosistema. La muerte del biosistema obedece a la ley termodinámica que dice que en todos los sistemas termodinámicos la energía tiende a difundirse o dispersarse espontáneamente hacia un número mayor de micro estados disponibles (entropía).

Un ser vivo es un sistema en no equilibrio térmico. Su inequilibrio es obtenido desde el entorno, el cual posee un mayor grado de no equilibrio térmico en comparación con el del ser vivo. Conforme el ser vivo pierde su capacidad para mantener su estado de no equilibrio adquiriendo energía desde el entorno, comienza a adquirir equilibrio; es decir, comienza a morir. Una vez que sus moléculas pierden totalmente su capacidad para controlar la transferencia de energía, el ser vivo se equilibra, o sea, muere.

Decimos que la vida es un proceso irreversible. Si los organismos vivientes fuesen sistemas cerrados, capaces de violar la segunda ley de la termodinámica, entonces no morirían, pero esto no ocurre en el mundo real. (Anónimo, Mundo de la Biofísica, 2015)

TEMPERATURA

Fuente: https://es.wikihow.com/reducir-la-temperatura-corporal-naturalmente 

Elaborado: Melanie Gavilanez 

La temperatura de un gas ideal monoatómico es una medida relacionada con la energía cinética promedio de sus moléculas al moverse. En esta animación, se muestra a escala la relación entre el tamaño de los átomos de helio respecto a su espaciado bajo una presión de 1950 atmósferas. Estos átomos, a temperatura ambiente, muestran una velocidad media que en esta animación se ha reducido dos billones de veces. De todas maneras, en un instante determinado, un átomo particular de helio puede moverse mucho más rápido que esa velocidad media mientras que otro puede permanecer prácticamente inmóvil.

La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de calor medible mediante un termómetro. En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como «energía cinética», que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones.

RADIACIÓN

La radiación es la emisión, propagación y transferencia de energía en cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas o partículas.

Una onda electromagnética es una forma de transportar energía (por ejemplo, el calor que transmite la luz del sol).

Clasificación de las radiaciones electromagnéticas

Las ondas o radiaciones electromagnéticas se pueden clasificar en: 

Radiación no ionizante 

No tienen la suficiente energía como para romper los enlaces que unen los átomos del medio que irradian (ondas de radio y TV, microondas, luz visible, etc.). 

Radiación ionizante 

Tienen suficiente energía como para producir ionizaciones de los átomos del medio o materia que es irradiado. Van desde los rayos X hasta la radiación cósmica. 

Clasificación de las radiaciones ionizantes 

La radiactividad es un fenómeno físico por el cual algunos cuerpos o elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, etc. 

La emisión de radiaciones ionizantes es una característica común a muchos átomos en cuyo núcleo el número de neutrones resulta escaso o excesivo, lo que les hace inestables (radiactivos), por lo que sus ligaduras nucleares se transforman buscando configuraciones más estables, a la vez que se libera energía, asociada a la radiación emitida. 

Tipos de radiaciones 

Según su interacción con la materia: 

Alfa: Con capacidad limitada de penetración en la materia, pero mucha intensidad energética. 

Beta: Algo más penetrantes, pero menos intensas que las radiaciones alfa. Gamma: Es la radiación más penetrante de todas.

Evaporación y sudor

Evaporación 

La evaporación es el proceso por el cual las moléculas en estado líquido (por ejemplo, el agua) se hacen gaseosas espontáneamente (ej.: vapor de agua). Es lo opuesto a la condensación. Generalmente, la evaporación puede verse por la desaparición gradual del líquido cuando se expone a un volumen significativo de gas. 

Por término medio, las moléculas no tienen bastante energía para escaparse del líquido, porque de lo contrario el líquido se convertiría en vapor rápidamente. Cuando las moléculas chocan, se transfieren la energía de una a otra en grados variantes según el modo en que chocan. 

Los líquidos que no parecen evaporarse visiblemente a una temperatura dada en un gas determinado (p.ej., el aceite de cocina a temperatura ambiente) poseen moléculas que no tienden a transferirse la energía de una a otra como para darle "la velocidad de escape" (la energía calórica) necesaria para convertirse en vapor. Sin embargo, estos líquidos se evaporan, pero el proceso es mucho más lento y considerablemente menos visible. La evaporación es una parte esencial del ciclo del agua. La energía solar provoca la evaporación del agua de los océanos, lagos, humedad del suelo y otras fuentes de agua. En hidrología, la evaporación y la transpiración (que implica la evaporación dentro del estroma de la planta) reciben el nombre conjunto de evapotranspiración. (Anónimo, Mundo de la Biofísica, 2015)

Fuente: http://carreracontinuadrvillegas.blogspot.com/2013/12/la-termorregulacion-los-problemas-del.html
Elaborado: Alejandro Costa

Sudor 

La sensación de calor en nuestro cuerpo se manifiesta por la producción de sudor. El sudor es una secreción que se produce en las glándulas ecrinas distribuidas por todo el cuerpo que desembocan en los poros de la piel. El sudor se mezcla en la superficie de la piel con el sebo o grasa procedente de las glándulas sebáceas para dar lugar al manto hidrolipídico o emulsión epicutánea, responsable del buen funcionamiento y suavidad de la piel, así como del mantenimiento de una temperatura corporal constante, evitando una posible deshidratación. Por otro lado, popularmente se considera que a través del sudor el organismo puede eliminar muchas toxinas, así como algunas sustancias medicamentosas.  

En la composición del sudor encontramos básicamente agua en un 95% y una serie de sustancias, electrolitos que constituyen el factor de hidratación natural (FHN) responsable de la hidratación cutánea. Además, en el sudor también encontramos ácido uránico, que es un filtro natural que ayuda a protegernos de la radiación solar.

Fuente: https://es.slideshare.net/MConstanzaBl/termorregulacion-11340478
Elaborado: Alejandro Costa