UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS
ESCUELA DE MEDICINA CÁTEDRA DE BIOFÍSICA
DOCENTE:
DR. CECIL FLORES BALSECA, MSc
AUTORAS:
EVELYN STEFANY ANDRADE PEÑA
MARILYN GISSELA MORALES VELIZ
ESTUDIANTES DE PRIMER SEMESTRE DE MEDICINA
AÑO 2019-2020
CICLO II GRUPO 12
MISIÓN
Generar, difundir y preservar conocimientos científicos, tecnológicos, humanísticos y saberes culturales de forma crítica, creativa y para la innovación social, a través de las funciones de formación, investigación y vinculación con la sociedad, fortaleciendo profesional y éticamente el talento de la nación y la promoción del buen vivir, en el marco de la sustentabilidad, la justicia y la paz.
VISIÓN
Ser una institución de Educación Superior con liderazgo prospectivo nacional e internacional en el campo de sus dominios científicos, tecnológicos y humanísticos; comprometida con la democracia cognitiva, el diálogo de saberes, el desarrollo sustentable y la innovación social.
Introducción
En este presente documento vamos a tratar de los diferentes temas que abordan la cátedra de Biofísica, los cuales han sido revisados durante las sesiones de cada clase, con la finalidad de que el estudiante en formación adquiera los conocimientos que brinda esta materia y así poder desempeñar una correcta función académica, con bases orientadas a la aplicación de los métodos y las teorías de la física en el campo de la biología.
El archivo consta de 3 Unidades, cada unidad fue estudiada y revisada por separado para una mayor comprensión y entendimiento. La información ha sido obtenida de diferentes fuentes académicas tales como, revistas indexadas, monografías, internet, libros, etc.
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos a la Universidad de Guayaquil, por la formación académica que nos brinda. A la facultad de medicina por las diferentes herramientas investigativas y prácticas que nos ofrece. A nuestro docente, el Dr, Hugo Cecil Flores por sus conocimientos impartidos en la cátedra de biofísica.
DEDICATORIA
Dedicado a nuestros padres con mucho cariño, los cuales son el principal motor en nuestras vidas y formación académica.
Es la ciencia que estudia la Biología con los principios y métodos de la Física.
La Biofísica le aporta conocimientos a la Biología, pero no a la Física, sin embargo, le ofrece a la Física evidencia experimental que permite corroborar teorías.
https://www.youtube.com/watch?v=pA5Vutdqv7Q
2.RAMAS DE LA BIOFÍSICA
Biomecánica:Estudia la mecánica del movimiento en los seres vivientes; por ejemplo, la locomoción, el vuelo, la natación, el equilibrio anatómico, la mecánica de los fluidos corporales, la fabricación de prótesis móviles, etc.
Bioelectricidad: Estudia los procesos electromagnéticos y electroquímicos que ocurren en los organismos vivientes, así como también los efectos de los procesos electromagnéticos abióticos sobre los seres vivientes; por ejemplo, la transmisión
de los impulsos neurolépticos, el intercambio iónico a través de las biomembranas, la generación biológica de electricidad (anguilas, rayas, etc.), la aplicación de la electrónica en biomedicina, etc.
Bioenergética (termodinámica biológica): Se dedica al estudio de las transformaciones de la energía que ocurren en los sistemas vivientes; por ejemplo, la captura de energía por los biosistemas, la transferencia de energía desde y hacia el entorno, el almacenamiento de energía en la célula, etc.
Bioacustica: Investiga y aplica la transmisión, captación y emisión de ondas sonoras por los biosistemas. Utilidad medica del Sonido (Ecógrafos).
Biofotonica: Estudia las interacciones de los biosistemas con los fotones; por ejemplo, la visión, la fotosíntesis, etc.
Radiobiología: Estudia los efectos biológicos de la radiación ionizante y la no ionizante y sus aplicaciones en las técnicas biológicas de campo y de laboratorio. (Rayos X, Tomografías, Resonancia magnéticaNuclear). Casa Editora del Polo
3.LA FORMACIÓN DEL UNIVERSO Y ORIGEN DE LA VIDA.
https://youtu.be/pA5Vutdqv7Q
Teoria del bigbang.
Teoría de la gran explosión, es un modelo científico que trata de explicar el origen del Universo y su desarrollo posterior a partir de una singularidad espaciotemporal. Técnicamente, este modelo se basa en una colección de soluciones de las ecuaciones de la relatividad general, llamados modelos de Friedman-LemaîtreRobertson-Walker. Base teórica
En su forma actual, la teoría del Big Bang depende de tres suposiciones:
1.La universalidad de las leyes de la física, en particular de la teoría de la relatividad general.
2.El principio cosmológico. 3. El principio de Copérnico.
El Big Bang no es una explosión de materia que se aleja para llenar un Universo vacío; es el espacio-tiempo el que se extiende. Y es su expansión la que causa el incremento de la distancia física entre dos puntos fijos en nuestro universo. Cuando los objetos están ligados entre ellos (por ejemplo, por una galaxia), no se alejan con la expansión del espacio-tiempo, debido a que se asume que, las leyes de la física que los gobiernan, son uniformes e independientes del espacio métrico. Más aún, la expansión del universo en las escalas actuales locales es tan pequeña que cualquier dependencia de las leyes de la física en la expansión no sería medible con las técnicas actuales.
Creacionismo
Al conjunto de creencias, inspiradas en doctrinas religiosas, según las cuales la Tierra y cada ser vivo que existe actualmente provienen de un acto de creación por uno o varios seres divinos, cuyo acto de creación fue llevado a cabo de acuerdo con un propósito divino.
Durante la Edad Media, y hasta la actualidad, el término «creacionismo» ha servido en Teología para designar una de dos interpretaciones alternativas para el origen del alma personal, que cada alma es objeto de un acto especial de creación por Dios
El propio Darwin usó en su correspondencia el término «creacionista» para referirse a sus opositores. Sin embargo, en la época conocida con el termino creacionismo clásico, no fue usado de manera general para designar la oposición al evolucionismo darwinista.
Durante mucho tiempo, época conocida como creacionismo clásico, el término no fue usado de manera general para designar la oposición al evolucionismo darwinista, que se designaba en otras formas. En 1929 el biólogo Harold W. Clark, un adventista del Séptimo Día, describió como creacionista la obra de su maestro George McCready Price, en el título de un libro auto publicado. Durante algún tiempo el término
sirvió para describir tanto a los teístas evolucionistas y a los fundamentalistas bíblicos que, como los dos autores citados, defendían la literalidad bíblica desde sus títulos universitarios en ciencias.
OTRAS TEORIAS DEL ORIGEN DE LA VIDA
La abiogénesis
También conocida como la "teoría de la generación espontánea". Proviene de Aristóteles, un filósofo que defendía la posibilidad de la existencia de algunas materias que por sí solas podían generar vida gracias a las condiciones climáticas.
Evolución química
Para finalizar el resumen de las teorías del origen de la vida hablaremos sobre la teoría de Oparin y Haldane que afirma que, dado que la atmósfera estaba compuesta por una gran cantidad de hidrógeno y poca cantidad de oxígeno, además de diversos gases que se encontraban combinados con estos dos principales, se vieron irradiados por las radiaciones ultravioletas procedentes del sol, lo que hizo que se realizaran una serie de reacciones químicas que dieron paso a la formación de moléculas orgánicas.
Actualmente sabemos que la materia se encuentra compuesta de átomos. Estos átomos poseen una determinada estructura, tal como se presenta en el siguiente gráfico.
•En el núcleo se encuentran los protones y neutrones.
•Los protones poseen carga eléctrica positiva, mientras que los neutrones no tienen carga.
•En la corteza se encuentran los electrones, orbitando en torno al núcleo y poseen carga eléctrica igual a la de los protones, pero de signo negativo.
Los átomos de los distintos elementos se diferencian en el nº de estas partículas que contienen, y por ello se utiliza para describir su estructura el concepto de:
-Nº Atómico y Nº Másico.
-El nº atómico es el nº de protones que hay en el núcleo de dicho átomo.
-El nº másico es la suma de protones y neutrones que contiene el núcleo del átomo.
-Debido a la neutralidad eléctrica del átomo, el nº atómico también nos indicará el nº de electrones que se encuentran en la corteza.
-Por último, un átomo puede perder o ganar electrones, transformándose en un ion (especie química con carga eléctrica).
-Si el átomo pierde electrones se convierte en un ion positivo: catión.
-Si el átomo gana electrones se convierte en un ion negativo: anión
Los aspectos más importantes de la estructura atómica y molecular de la materia son:
• Elementos • Átomos • Moléculas
Elementos
Un elemento químico es toda sustancia pura, por lo que mantiene las mismas propiedades en toda la muestra y presenta una única composición, que no es posible descomponer en otras más simples por métodos químicos habituales.
En la actualidad se conocen más de 100 elementos (las distintas bibliografías no coinciden exactamente en el número), de los cuales 88 son naturales y el resto han sido producidos artificialmente.
Átomos
La materia está constituida por partículas indivisibles por métodos químicos convencionales, llamadas átomos.
Moléculas
La molécula puede definirse como la parte más pequeña de un compuesto (sustancia pura formada por combinación de dos o más elementos químicos) que mantiene sus propiedades químicas.
Existen moléculas diatónicas (de dos átomos) como por ejemplo O2, CO.
La primera de ellas se dice también que es mononuclear porque los dos átomos que la componen son idénticos, mientras que la segunda, el CO, se dice que es heteronuclear porque los dos átomos que la componen son distintos. Lógicamente, también existen moléculas con más de dos átomos y pueden ser ejemplos: CaCl2, CO2.
Las propiedades de los compuestos químicos son generalmente muy distintas a los elementos que lo componen. Así, por ejemplo, el Cl2 es un gas tóxico y el Na es un metal muy activo y, sin embargo, el cloruro de sodio (NaCl) o sal común, es un compuesto necesario en nuestro organismo. (Cecil Hugo Flores Balseca, Victoria Graciela Paredes Vera, Lissette Graciela Flores Paredes , 2018 )
5.EL NEUTRÓN
Es una partícula subatómica sin carga neta, presente en el núcleo atómico de prácticamente todos los átomos, excepto el protio. Aunque se dice que el neutrón no tiene carga, en realidad está compuesto por tres partículas fundamentales cargadas llamadas quarks, cuyas cargas sumadas son cero. Por tanto, el neutrón es un barión neutro compuesto por dos quarks de tipo abajo, y un quark de tipo arriba.
Fuera del núcleo atómico, los neutrones son inestables, teniendo una vida media de 15 minutos (885.7 ± 0.8 s). Cada neutrón se descompone en un electrón, un antineutrino y un protón. Su masa es muy similar a la del protón, aunque ligeramente mayor. El neutrón es necesario para la estabilidad de casi todos los núcleos atómicos, a excepción del isótopo hidrógeno-1. La interacción nuclear fuerte es responsable de mantenerlos estables en los núcleos atómicos.
6.EL PROTÓN
Es una partícula subatómica con una carga eléctrica elemental positiva 1 (1.6 × 10-19 C). Igual en valor absoluto y de signo contrario a la del electrón, y una masa 1.836 veces superior a la de un electrón.
Experimentalmente, se observa el protón como estable, con un límite inferior en su vida media de unos 1035 años, aunque algunas teorías predicen que el protón puede desintegrarse en otras partículas.
El protón y el neutrón, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el núcleo de los átomos. En un átomo, el número de protones en el núcleo determina las propiedades químicas del átomo y qué elemento químico es. El núcleo del isótopo más común del átomo de hidrógeno (también el átomo estable más simple posible) está formado por un único protón. Al tener igual carga, los protones se repelen entre sí. Sin embargo, pueden estar agrupados por la acción de la fuerza nuclear fuerte, que a ciertas distancias es superior a la repulsión de la fuerza electromagnética. No obstante, cuando el átomo es grande (como los átomos de Uranio), la repulsión electromagnética puede desintegrarlo progresivamente. (Cecil Hugo Flores Balseca, Victoria Graciela Paredes Vera, Lissette Graciela Flores Paredes , 2018 )
7.EL ELECTRÓN
Representado por el símbolo: e−, es una partícula subatómica de tipo fermiónico. En un átomo los electrones rodean el núcleo, compuesto únicamente de protones y neutrones, formando orbitales atómicos dispuestos en sucesivas capas. Los electrones tienen una masa de 9,11×10-31 kilogramos, unas 1840 veces menor que en los neutrones y protones. Siendo tan livianos, apenas contribuyen a la masa total de las sustancias. Su movimiento genera la corriente eléctrica, aunque dependiendo del tipo de estructura molecular en la que se encuentren, necesitarán más o menos energía para desplazarse. Estas partículas desempeñan un papel primordial en la química, ya que definen las atracciones entre los átomos.
Desde el punto de vista físico, el electrón tiene una carga eléctrica de igual magnitud, pero de polaridad contraria a la del protón. Dicha cantidad, cuyo valor es de 1,602×10-19 coulombios, es llamada carga elemental o fundamental, y es considera a veces un cuanto de carga eléctrica, asignándosele un valor unitario. Por razones históricas y ventajas en ecuaciones matemáticas, se considera a la carga del protón como positiva, mientras que en el electrón como negativa. Por esto se dice que los protones y electrones tienen cargas de +1 y -1 respectivamente, aunque esta elección de signo es totalmente arbitraria. (Cecil Hugo Flores Balseca, Victoria Graciela Paredes Vera, Lissette Graciela Flores Paredes , 2018 )
8.EL POSITRÓN O ANTIELECTRÓN
Es una partícula elemental, antipartícula del electrón, posee la misma cantidad de masa y carga eléctrica, sin embargo, esta es positiva. No forma parte de la materia ordinaria, sino de la
antimateria, aunque se producen en numerosos procesos radioquímicas como parte de transformaciones nucleares.
Esta partícula fue predicha por Paul Dirac en el año de 1928, para luego ser descubierta en el año 1932 por el físico norteamericano Anderson al fotografiar las huellas de los rayos cósmicos en una cámara de niebla. En la actualidad los positrones son rutinariamente producidos en la Tomografía por emisión de positrones usados en las instalaciones hospitalarias.
9.LA BIOFÍSICA Y LA MEDICINA MODERNA
La Biofísica ha hecho grandes aportes a la Medicina. El conocimiento Biofísico ha sido el pilar fundamental para el entendimiento de los fenómenos fisiológicos que son base del funcionamiento del organismo humano en estado normal y patológico. Dentro de ellos podemos mencionar: la recepción de señales exteriores por parte del organismo, la transmisión del impulso nervioso, los procesos biomecánicos del equilibrio y desplazamiento del organismo humano, la óptica geométrica del ojo, la transmisión del sonido hasta el oído interno y el cerebro, la mecánica de la circulación sanguínea, de la respiración pulmonar, el proceso de alimentación y sostenimiento energético del organismo, el mecanismo de acción de las moléculas biológicamente funcionales sobre las estructuras celulares (las membranas, los organoides bioenergéticos, los sistemas mecano-químicos), los modelos físicomatemáticos de los procesos biológicos, etc.
De otro lado, el establecimiento de las bases biofísicas de los fenómenos arriba mencionados ha sido básico para el desarrollo de dispositivos técnicos, aparatos y medidores para obtener bioinformación, equipos de autometría y telemetría; que permiten un diagnóstico médico más efectivo y confiable.
En la actualidad el desarrollo de la Medicina depende en gran medida de su capacidad tecnológica, la cual está determinada por el desarrollo del conocimiento biofísico soporte de la Bioingeniería. (BEHAR, 2012).
10.Niveles de organización de la Materia
Niveles de organización
•Subatómico: este nivel es el más simple de todo y está formado por electrones, protones y neutrones, que son las distintas partículas que configuran el átomo.
•Átomo: es el siguiente nivel de organización. Es un átomo de oxígeno, de hierro, de cualquier elemento químico.
•Moléculas: las moléculas consisten en la unión de diversos átomos diferentes para forma, por ejemplo, oxígeno en estado gaseoso (O2), dióxido de carbono, o simplemente carbohidratos, proteínas, lípidos.
•Celular: las moléculas se agrupan en unidades celulares con vida propia y capacidad de autorreplicación.
•Tisular: las células se organizan en tejidos: epitelial, adiposo, nervioso, muscular...
•Organular: los tejidos están estructuras en órganos: corazón, bazo, pulmones, cerebro, riñones.
•Sistémico o de aparatos: los órganos se estructuran en aparatos digestivos, respiratorios, circulatorios, nerviosos.
•Organismo: nivel de organización superior en el cual las células, tejidos, órganos y aparatos de funcionamiento forman una organización superior como seres vivos: animales, plantas, insectos.
•Población: los organismos de la misma especie se agrupan en determinado número para formar un núcleo poblacional: una manada de leones, o lobos, un bosque de arces, pinos.
•Comunidad: es el conjunto de seres vivos de un lugar, por ejemplo, un conjunto de poblaciones de seres vivos diferentes. Está formada por distintas especies.
•Ecosistema: es la interacción de la comunidad biológica con el medio físico, con una distribución espacial amplia.
•Paisaje: es un nivel de organización superior que comprende varios ecosistemas diferentes dentro de una determinada unidad de superficie. Por ejemplo, el conjunto de vid, olivar y almendros característicos de las provincias del sureste español.
•Región: es un nivel superior al de paisaje y supone una superficie geográfica que agrupa varios paisajes.
•Bioma: Son ecosistemas de gran tamaño asociados a unas determinadas características ambientales: macroclimáticas como la humedad, temperatura, radiación y se basan en la dominancia de una especie, aunque no son homogéneos. Un ejemplo es la taiga que se define por las coníferas que es un elemento identificador muy claro, pero no homogéneo, también se define por la latitud y la temperatura.
•Biosfera: es todo el conjunto de seres vivos y componentes inertes que comprenden el planeta tierra, o de igual modo es la capa de la atmósfera en la que existe vida y que se sustenta sobre la litosfera. (Histología Tomo I. Células y Tejidos).
11.Clasificaciónlos compuestos Químicos.
Óxidos: Se llama óxidos a los compuestos que se forman al combinarse oxigeno con los elementos. Puesto que los elementos se clasifican en metales y no metales, hay tres clases de óxidos metálicos o básicos y oxácidos.
Peróxidos: Algunos óxidos tienen un átomo más de oxigeno que los óxidos ordinarios. Para designar a estas sustancias se agrega el prefijo Per. En los peróxidos, el oxígeno funciona con valencia 1, por lo tanto el peróxido se forma con un Metal y en Oxigeno.
Anhídridos: Se forman gracias a la combinación de los no metales con el oxígeno
Base: Las bases o hidróxidos se caracterizan por tener en solución acuosa el radical hidroxilo. Por lo tanto los Hidróxidos se forman con en metal y un (OH)-1.
Ácido: Los ácidos son compuesto que se forman con un Hidrogeno y un no metal.
Sal: las sales son compuestos que se forman gracias a la unión de un metal con un no metal.
También denominado Sistema Periódico, es unesquema de todos los elementos químicos dispuestos por orden de número atómico creciente y en una forma que refleja la estructura de los elementos. Los elementos están ordenados en 7 hilerashorizontales, llamadas periodos, y en 18 columnas verticales, llamadas grupos.
los grupos de la tabla periódica son:
Grupo 1 (I A): Los metales alcalinos.
Grupo 2 (II A): Los metales alcalinotérreos.
Grupo 3 (III B): Familia del Escandio.
Grupo 4 (IV B): Familia del Titanio.
Grupo 5 (V B): Familia del Vanadio.
Grupo 6 (VI B): Familia del Cromo.
Grupo 7 (VII B): Familia del Manganeso.
Grupo 8 (VIII B): Familia del Hierro.
Grupo 9 (IX B): Familia del Cobalto.
Grupo 10 (X B): Familia del Níquel.
Grupo 11 (I B): Familia del Cobre.
Grupo 12 (II B): Familia del Zinc.
Grupo 13 (III A): Los térreos.
Grupo 14 (IV A): Los carbonoideos.
Grupo 15 (V A): Los nitrogenoideos.
Grupo 16 (VI A): Los calcógenos o anfígenos.
Grupo 17 (VII A): Los halógenos Grupo 18 (VIII A): Los gases nobles.
La forma en la que los constituyentes de la materia se agrupan se conoce como estados de agregación de la materia. Existen cuatro estados de la materia: sólido, líquido, gaseoso y plasma.
Estado sólido
El estado sólido se caracteriza por mantener el volumen y la forma. Las partículas del sólido se mantienen fuertemente unidas impidiendo su movimiento interno.
Los sólidos pueden clasificarse en cristalinos o amorfos dependiendo del patrón en que están dispuestas sus partículas. Un sólido cristalino muestra un patrón repetitivo regular. En un sólido amorfo, el arreglo tridimensional de las partículas es irregular.
Izquierda: la estructura de la sal de mesa (cloruro de sodio) es típica de un sólido cristalino. Derecha: el vidrio es un ejemplo clásico de sólido amorfo.
Estado líquido
El estado líquido se caracteriza por mantener el volumen, pero su forma es la del recipiente que la contiene. Las partículas del líquido se mantienen unidas pero pueden moverse. Además, los líquidos tienen la capacidad de fluir.
La fluidez de los líquidos depende de varios factores, como las fuerzas intermoleculares, el tamaño de las partículas y la temperatura. La miel, cuando se calienta, es más fluida (menos viscosa) que a la temperatura ambiente.
Estado gaseoso
El estado gaseoso se caracteriza por tener volumen y forma variable. Un gas consiste de pequeñas partículas en constante movimiento y más separadas, independientes entre sí.
El comportamiento de un gas bajo diferentes condiciones puede predecirse de acuerdo a las leyes de los gases. Así, un gas ideal es aquel que cumple con las leyes de los gases. A bajas temperaturas y/o presiones muy fuertes las leyes de los gases pierden validez.
El agua cuando hierve se transforma en gas.
Estado de plasma
El plasma es un gas que ha sido ionizado. ¿Qué significa esto? Un gas que recibe suficiente energía de forma que sus electrones escapan a sus átomos o moléculas. La materia en estado de plasma tiene forma y volumen variable.
El plasma contiene iones y electrones que se mueven libremente. En el universo, la materia visible se encuentra predominantemente en estado de plasma. Un clásico ejemplo de estado de plasma son los relámpagos que vemos durante las tormentas.
Es la fuerza por unidad de área que ejerce un líquido en reposo sobre las paredes del recipiente que lo contiene y sobre cualquier cuerpo que se encuentre sumergido, como esta presión se debe al peso del líquido, esta presión depende de la densidad(p), la gravedad(g) y la profundidad(h) del el lugar donde medimos la presión (Ps)
Un fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes sobre el fondo del recipiente que lo contiene y sobre la superficie de cualquier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática, provoca, en fluidos en reposo, una fuerza perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto sumergido sin importar la orientación que adopten las caras. Si el líquido fluyera, las fuerzas resultantes de las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las superficies. Esta presión depende de la densidad del líquido en cuestión y de la altura a la que esté sumergido el cuerpo y se calcula mediante la siguiente expresión:
Donde, usando unidades del SI, Es la presión hidrostática (en pascales); Es la densidad del líquido (en kilogramos sobre metro cúbico); Es la aceleración de la gravedad (en metros sobre segundo al cuadrado); Es la altura del fluido (en metros). Un líquido en equilibrio ejerce fuerzas perpendiculares sobre cualquier superficie sumergida en su interior Es la presión atmosférica.
En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el zapatero, desplazarse por la superficie del agua sin hundirse. La tensión superficial (una
manifestación de las fuerzas intermoleculares en los líquidos), junto a las fuerzas que se dan entre los líquidos y las superficies sólidas que entran en contacto con ellos, da lugar a la capilaridad. Como efecto tiene la elevación o depresión de la superficie de un líquido en la zona de contacto con un sólido.
También podemos definir la tensión superficial como la fuerza que actúa tangencialmente por unidad de longitud en el borde de una superficie libre de un líquido en equilibrio y que tiende a contraer dicha superficie.
Para medir la tensión superficial sobre la superficie de un líquido en lugar de hacerlo con una gota de líquido se emplean otras técnicas. Un método popular es el conocido como método de Du Nouy o método del anillo. En éste, un dispositivo controlado levanta suavemente un anillo, generalmente de platino, que descansa sobre la superficie de un líquido hasta desprenderlo de ella. La fuerza necesaria para separar el anillo del líquido se relaciona con la medida de tensión superficial del líquido. Para medir la tensión superficial de una gota de líquido que descansa sobre la superficie de un sólido se emplea un método conocido como técnica de la gota sésil. A este método se le llama comúnmente prueba de ángulo de contacto. Ésta mide el ángulo de contacto que forma una gota con la superficie sobre la que descansa. Este valor puede convertirse en la medida de la tensión superficial de la gota de líquido. Esta prueba también se emplea en Thierry para medir el nivel de activación superficial que ha adquirido un material.
Se explica a partir de los siguientes ejemplos; unas gotas de agua adhiriéndose a una telaraña, y un mortero usado para gotas de agua adhiriéndose a una telaraña.
El mortero usado para mantener y sostener juntos los ladrillos es un ejemplo de la adhesión. La adhesión es la propiedad de la materia por la cual se unen dos superficies de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuerzas intermoleculares.
La adhesión ha jugado un papel muy importante en muchos aspectos de las técnicas de construcción tradicionales. La adhesión del ladrillo con el mortero (cemento) es un ejemplo claro.
La cohesión es distinta de la adhesión. La cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.
17.COHESIÓN
Es la atracción entre moléculas que mantiene unidas las partículas de una sustancia. La cohesión es diferente de la adhesión; la cohesión es la fuerza de atracción entre partículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos cuerpos.
En el agua la fuerza de cohesión es elevada por causa de los puentes de hidrogeno que mantienen las moléculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un líquido casi incompresible. Al no poder comprimirse puede funcionar en algunos animales como un esqueleto hidrostático, como ocurre en algunos gusanos perforadores capaces de agujerear la roca mediante la presión generada por sus líquidos internos.
Tanto los gases como los líquidos son fluidos, pero los líquidos tienen una propiedad de la que carecen los gases: tienen una superficie “libre”, o sea tienen una superficie cuya forma no está determinada por la forma del recipiente que lo contiene. Esta superficie se forma por una combinación de atracción gravitacional de la tierra (fuerza ocasionada por el peso) y defuerzas entre moléculas del líquido. Una consecuencia de eso es que en la superficie de los líquidos actúa una fuerza que no está presente en el interior de los líquidos (salvo que haya burbujas en el interior), por eso llamada “tensión superficial”. Aunque relativamente pequeña, esta fuerza es determinante para muchos procesos biológicos, para la formación de burbujas, para la formación de olas pequeñas, etc.
18.ACCIÓN CAPILAR
Aun cuando nunca haya escuchado sobre acción capilar, de todas maneras es importante en su vida. La acción capilar es importante para mover el agua (y todas las cosas que están disueltas en ella). Se define como el movimiento del agua dentro de los espacios de un material poroso, debido a las fuerzas de adhesión y a la tensión de la superficie.
La acción capilar ocurre porque el agua es pegajosa, en tanto que las moléculas del agua se pegan unas a otras y a otras substancias como el vidrio, la ropa, tejidos orgánico y la tierra. Ponga una toalla de papel dentro de un vaso de agua y el agua se le “pegará” a la toalla de papel. Aún más, empezará el agua a moverse hacia arriba de la toalla hasta que el jalón de la gravedad sea mucho para ella y no pueda continuar Esto es más importante de lo que piensa: Cuando vierte un vaso de agua en la mesa de la cocina, se forma una tensión superficial que mantiene al líquido en un charquito sobre la mesa, en lugar de una mancha delgada y grande que se extienda hasta el piso. Cuando usted coloca la toalla de papel sobre el agua, el líquido se adhiere a las fibras de la toalla.
Las plantas y los árboles no podrían crecer sin acción capilar. Las plantas ponen las raíces dentro de la tierra y éstas son capaces de llevar agua de la tierra hacia la planta. El agua, que contiene nutrientes disueltos, químicos y minerales se introduce dentro de las raíces y empieza a elevarse por dentro de los tejidos de la planta. Al momento que la molécula de agua #1 empieza a subir, ésta jala a la molécula de agua #2, quien a su vez, por supuesto, jala a la molécula de agua #3, y así sucesivamente.
Piense en los más pequeños vasos sanguíneos de sus capilares. La mayor parte de su sangre es agua y la acción capilar ayuda a la acción de bombeo que ejecuta su corazón al mantener su sangre moviéndose dentro de sus vasos sanguíneos.
La difusión(también difusión molecular) es un proceso físico irreversible, en el que partículas
materiales se introducen en un medio en el 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.
20.Ósmosis
Es un fenómeno físico relacionado con el movimiento de un disolvente 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.
Ósmosis en una célula animal
Las membranas de las células son semipermeables, por lo tanto, en un medio sotónico, el paso del agua en los dos sentidos se equilibra. Si la célula se encuentra en un medio hipotónico (que tiene menor concentración de soluto) tenderá a absorber agua hinchándose, pudiendo llegar al extremo de estallar, dando origen a la catálisis.
Por el contrario, si la célula se encuentra en un medio hipertónico, el agua interior tenderá a salir, llevando a la deshidratación, pudiendo en casos extremos llegar a la muerte de la célula, proceso denominado de crenación.
Ósmosis en una célula vegetal
Las membranas de las células vegetales son también semipermeables, y en este caso también en un medio isotónico, el paso del agua en los dos sentidos se equilibran. En presencia de un medio hipotónico la célula absorbe agua llenando sus vacuolas, dando origen a una situación denominada turgencia. Por otro lado, en un medio hipertónico, el agua sale de la célula a través de la membrana, pudiendo llegarse a que la pared celular se despegue de la membrana plasmática, provocando lo que se llama la plasmólisis.
Ósmosis inversa
Lo descrito hasta ahora ocurre en situaciones normales, en que los dos lados de la membrana estén a la misma presión; si se aumenta la presión del lado de mayor concentración, puede lograrse que el agua pase desde el lado de alta concentración al de baja concentración de sales.
Se puede decir que se está haciendo lo contrario del ósmosis, por eso se llama ósmosis inversa. Téngase en cuenta que en la ósmosis inversa a través de la membrana semipermeable sólo pasa agua. Es decir, el agua de la zona de alta concentración pasa a la de baja concentración.
Si la alta concentración es de sal, por ejemplo, agua marina, al aplicar presión, el agua del mar pasa al otro lado de la membrana. Sólo el agua, no la sal. Es decir, el agua se ha desalinizado por ósmosis inversa, y puede llegar a ser potable.
Es el proceso mediante el cual se produce la transferencia de los gases respiratorios entre el alveolo y la sangre a través de la membrana alveolo-capilar. La estructura del pulmón le confiere la máxima eficacia: gran superficie de intercambio y espesor mínimo de la superficie de intercambio.
El pulmón contiene unos 300 millones de alvéolos, con una superficie útil para el intercambio gaseoso de unos 140 m2. El epitelio alveolar, con la capa de fluido que contiene el surfactante y su membrana basal, tiene un grosor de 0.2-0.3μ. En el intersticio se encuentran los capilares, con un espesor similar, incluyendo el endotelio y membrana basal. En conjunto la membrana alveolocapilar tiene un espesor de 0.5 μ. Los capilares pulmonares tienen un diámetro de unas 7 μ, similar al glóbulo rojo, por lo que parte de este mantiene contacto con la superficie endotelial vascular durante todo el trayecto en el capilar. El cambio de forma del eritrocito al pasar por el capilar influye en su capacidad de captación y liberación del O2.
La sangre venosa mixta que perfunde los capilares pulmonares y contacta con el alveolo presenta una pO2 reducida, por la extracción continua de O2 desde los tejidos y una pCO2 elevada, producto del metabolismo tisular. El gradiente de presiones parciales entre esta sangre y el alveolo permite su intercambio a lo largo del capilar hasta que ambas presiones se equiparan.
En 0.75 segundos el hematíe atraviesa el capilar en contacto con el alveolo. En sólo 0.25 segundos (un tercio del recorrido) la pO2 y pCO2 del capilar se igualan con la del alveolo. Por tanto el pulmón cuenta con una gran reserva para la difusión. Más que por las características de la membrana alveolocapilar, la transferencia del gas entre el alveolo y la sangre está condicionada por:
FiO2 del aire inspirado
contenido de O2 en la sangre venosa mixta
tiempo de tránsito del hematíe por el capilar pulmonar
La difusión de los gases respiratorios es un proceso pasivo, no consume energía, se produce por el movimiento aleatorio de sus moléculas que atraviesan la membrana alveolocapilar de forma proporcional a sus presiones parciales a cada lado de la misma. Para mantener ese gradiente de presión es necesaria la renovación continua del gas alveolar (ventilación) y de la sangre que riega el alveolo (perfusión).
Según la Ley de Grahan, la tasa de difusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su densidad por lo que los gases difunden mejor a mayor temperatura. Según la Ley de Henry, la disolución de un gas en un líquido es directamente proporcional a la presión parcial de dicho gas y a su coeficiente de solubilidad. Así el CO2 difunde a través de los tejidos unas 20 veces más rápido que el O2, ya que su peso molecular es similar pero su solubilidad es 24 veces mayor.
De acuerdo con la Ley de difusión de Fick, la transferencia del gas a través de la membrana (VGAS, ml/min) es inversamente proporcional a su espesor (T) y directamente proporcional a la superficie de intercambio (A) en cm2, al gradiente de presiones parciales a cada lado de la membrana (P1-P2, mmHg) y al coeficiente de difusión del gas (D).
VGas = A/T x (P1-P2) x D
(D) es una constante, característica de los diferentes tejidos y gases, directamente proporcional a la solubilidad del gas e inversamente a la raíz cuadrada de su peso molecular (D=Sol / √PM).
Es la separación de dos o más sustancias mediante una membrana porosa en agua
(diafragma), la cual divide las sustancias cristalizables de las que no pueden efectuar dicho proceso. el aparato empleado para esta operación se llama dializador, y consiste simplemente enuntambor cilíndrico con una hoja de pergamino tirante en el fondo, que se coloca sobre un recipiente con agua.
22.Adsorción
La adsorción es el fenómeno de Adsorción en el que una sustancia A (adsorbato) presente en una fase fluida (líquido o gas) queda adherida a la superficie de una sustancia B en fase sólida (adsorbente). No hay transferencia de masa entre las fases, sino que el adsorbato crea una capa superficial sobre el adsorbente.
La adsorción se puede producir también por fenómenos físicos o químicos. Por ejemplo, el adsorbato puede quedar fijado en la superficie por atracción eléctrica o por fuerzas de van der Waals, ambos fenómenos físicos (fisisorción), pero también puede quedar adherido por formación de un enlace químico, es decir, con intercambio de electrones (quimisorción).
La adsorción es un fenómeno exotérmico que ocurre de forma espontánea hasta que el adsorbente queda saturado. La capacidad de adsorción, al ser un fenómeno superficial, depende en gran medida de la superficie expuesta del adsorbente. La mayoría de adsorbentes comerciales se distribuyen en forma microcristalina para aumentar la superficie por volumen. Por ejemplo, el carbón activado presenta superficies de hasta 1200 m2 por gramo de producto. Otros adsorbentes muy utilizados son el gel de sílice, la alúmina activada y la zeolita.
23.Fenómeno físico-químico.
24.LA ADSORCIÓN
la adsorción de una sustancia es la acumulación de una sustancia en una determinada superficie interfásica (entre dos fases). El resultado es la formación de una película líquida o gaseosa en la superficie de un cuerpo sólido o líquido.
Considérese una superficie limpia expuesta a una atmósfera gaseosa. En el interior del material, todos los enlaces químicos (ya sean iónicos, covalentes o metálicos) de los átomos constituyentes están satisfechos. En cambio, por definición la superficie representa una discontinuidad de esos enlaces. Para esos enlaces incompletos, es energéticamente favorable el reaccionar con lo que se encuentre disponible, y por ello se produce de forma espontánea.
La naturaleza exacta del enlace depende de las particularidades de los especímenes implicados, pero el material adsorbido generalmente se clasifica como fisisorbido o quimisorbido.
Técnica de depuración extracorpórea de la sangre que suple parcialmente las funciones renales de excretar agua y solutos, regular el equilibrio acido-base y de electrolitos
•No suple las funciones endocrinas ni metabólicas renales
•Consiste en interponer, entre dos compartimentos líquidos (sangre y líquido de diálisis), una membrana semipermeable. Para ello se emplea un filtro o dializador
•La membrana semipermeable permite que circulen agua y solutos de pequeño y mediano peso molecular, pero no proteínas o células sanguíneas, muy grandes como para atravesar los poros de la membrana.
•Los mecanismos físicos que regulan estas funciones son dos: la difusión o trasporte por conducción y la ultrafiltración o trasporte por convección.
25.MAGNITUD
Magnitud es todo aquello que se puede medir, que se puede representar por un número y que puede ser estudiado en las ciencias experimentales (que son las que observan, miden, representan, obtienen leyes, etc.).
La bondad de un hombre no se puede medir y jamás la Física la estudiará la bondad. La bondad, el amor, etc. , no son magnitudes.
Para estudiar un movimiento debemos conocer la posición, la velocidad, el tiempo, etc.
Todos estos conceptos son magnitudes.
Para cada magnitud definimos una unidad. Mediante el proceso de medida le asignamos unos valores (números) a esas unidades. La medida es ese número acompañado de la unidad.
Las relaciones que se pueden establecer entre las magnitudes fundamentales da lugar, al aplicarlas a una fórmula, a las ecuaciones de dimensiones.
Las ecuaciones de dimensiones permiten comprobar si una fórmula es correcta (homogénea en sus dimensiones): si tienen igual magnitud el primer término de la fórmula y el segundo, la fórmula puede estar bien. Otra cosa son los coeficientes que llevan cada magnitud, que no los hemos comprobado.
26.MEDIDA
Una unidad de medida es una cantidad estandarizada de una determinada magnitud física, definida y adoptada por convención o por ley. Cualquier valor de una cantidad física puede expresarse como un múltiplo de la unidad de medida.
Una unidad de medida toma su valor a partir de un patrón o de una composición de otras unidades definidas previamente. Las primeras unidades se conocen como unidades básicas o de base (fundamentales), mientras que las segundas se llaman unidades derivadas.2
Un conjunto de unidades de medida en el que ninguna magnitud tenga más de una unidad asociada es denominado sistema de unidades.
Todas las unidades denotan cantidades escalares. En el caso de las magnitudes vectoriales, se interpreta que cada uno de los componentes está expresado en la unidad indicada.
27.FUERZA
En física, la fuerza es una magnitud vectorial que mide la razón de cambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía.
En el Sistema Internacional de Unidades, la unidad de medida de fuerza es el newton que
se representa con el símbolo N, nombrada así en reconocimiento a Isaac Newton por su aportación a la física, especialmente a la mecánica clásica. El newton es una unidad derivada del Sistema Internacional de Unidades que se define como la fuerza necesaria para proporcionar una aceleración de 1 m/s² a un objeto de 1 kg de masa.
El término energía (del griego ἐνέργεια enérgeia, «actividad», «operación»; de ἐνεργóς energós, «fuerza de acción» o «fuerza de trabajo») tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, surgir, transformar o poner en movimiento. La energía es importante para la vida. En física, energía se define como la capacidad para realizar un trabajo.1 En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su tecnología asociada) para poder extraerla, transformarla y darle un uso industrial o económico.
La Energía puede manifestarse de diferentes maneras: en forma de movimiento (cinética), de posición (potencial), de calor, de electricidad, de radiaciones electromagnéticas, etc. Según sea el proceso, la energía se denomina:
•Energía térmica
•Energía eléctrica
•Energía radiante
•Energía química
•Energía nuclear
La Energía térmica se debe al movimiento de las partículas que constituyen la materia. Un cuerpo a baja temperatura tendrá menos energía térmica que otro que esté a mayor temperatura
La transferencia de energía térmica de un cuerpo a otro debido a una diferencia de temperatura se denomina calor.
La Energía eléctrica es causada por el movimiento de las cargas eléctricas en el interior de los materiales conductores. Esta energía produce, fundamentalmente, 3 efectos: luminoso, térmico y magnético. Ej.: La transportada por la corriente eléctrica en nuestras casas y que se manifiesta al encender una bombilla
La Energía radiante es la que poseen las ondas electromagnéticas como la luz visible, las ondas de radio, los rayos ultravioletas (UV), los rayos infrarrojos (IR), etc. La característica principal de esta energía es que se puede propagar en el vacío, sin necesidad de soporte material alguno. Ej.: La energía que proporciona el Sol y que nos llega a la Tierra en forma de luz y calor.
La Energía química es la que se produce en las reacciones químicas. Una pila o una batería poseen este tipo de energía. Ej.: La que posee el carbón y que se manifiesta al quemarlo.
La Energía nuclear es la energía almacenada en el núcleo de los átomos y que se libera en las reacciones nucleares de fisión y de fusión, ej.: la energía del uranio, que se manifiesta en los reactores nucleares.
La Fisión nuclear consiste en la fragmentación de un núcleo "pesado" (con muchos protones y neutrones) en otros dos núcleos de, aproximadamente, la misma masa, al mismo tiempo que se liberan varios neutrones. Los neutrones que se desprenden en la fisión pueden romper otros núcleos y desencadenar nuevas fisiones en las que se liberan otros neutrones que vuelven a repetir el proceso y así sucesivamente, este proceso se llama reacción en cadena.
La Fusión nuclear consiste en la unión de varios núcleos "ligeros" (con pocos protones y neutrones) para formar otro más "pesado" y estable, con gran desprendimiento de energía. Para que los núcleos ligeros se unan, hay que vencer las fuerzas de repulsión que hay entre ellos. Por eso, para iniciar este proceso hay que suministrar energía (estos procesos se suelen producir a temperaturas muy elevadas, de millones de pc, como en las estrellas).
29.Elasticidad y resistencia de los tejidos humanos.
La elasticidad es una propiedad que también se encuentra en muchos órganos, tejidos y músculos de los organismos, teniendo esto relación con la capacidad de crecer y volverse elásticos de acuerdo a diferentes situaciones. Un ejemplo claro de órgano elástico es la del estómago, que puede aumentar varias veces su tamaño original para luego volver a su estado de reposo luego de haberse realizado el proceso de alimentación. Normalmente, en el caso de los órganos y músculos, la elasticidad tiene que ver con una correcta hidratación ya que la ausencia de agua (como sucede con la piel) resquebraja y atrofia a los diferentes tejidos.
La resistencia es la tendencia de un material a resistir el flujo de corriente y es específica para cada tejido, dependiendo de su composición, temperatura y de otras propiedades físicas.
Los nervios, encargados de transmitir señales eléctricas, los músculos, y los vasos sanguíneos con su alto contenido en electrolitos y agua son buenos conductores. Los huesos, los tendones y la grasa tienen una gran resistencia y tienden a calentarse y coagularse antes que transmitir la corriente.
Alrededor de 85% de la masa muscular esquelética del ser humano está compuesto por fibras musculares propiamente dichas.
El 15% restante está formado en gran parte por tejido conectivo compuesto en cantidades variables por fibras colágenas, reticulares y elásticas
Fibras colágenas. Son las más abundantes. Están formadas por la proteína colágeno. Brindan rigidez y resistencia al tejido. El colágeno es la proteína más abundante del organismo humano, representando el 30% del total. Se encuentran en la gran mayoría de los tejidos conectivos, sobre todo en el hueso, el cartílago, los tendones y los ligamentos. Son flexibles y resistentes.
Fibras elásticas. Son más pequeñas que las de colágeno, se ramifican y vuelven a reunirse libremente unas con otras. Están constituidas por la proteína (colágeno) y elastina. Al igual que las fibras de colágeno, proporcionan resistencia, pero además pueden estirarse ampliamente, sin romperse. Las fibras elásticas son muy abundantes en la piel, los vasos sanguíneos y los pulmones, se estiran sin romperse hasta el 150% de su longitud.
Composición y estructura de los huesos:
Los huesos son estructuras resistentes de color blando amarillento compuestos de sustancias minerales y orgánicas.
Las sales minerales les dan dureza y resistencia a los huesos y son:
•Fosfato de calcio 85 por 100
•Carbonato de calcio 9 por 100
•Fluoruro de calcio 4 por 100
•Fosfato de magnesio 2 por 100
La oseína es la sustancia orgánica y constituye más de 1/3 del material que forma los huesos y ella confiere a los huesos elasticidad y resistencia.
¿QUE TAN RESISTENTES SON NUESTROS HUESOS?
Los huesos son sólidos porque presentan 2 tipos de TEJIDOS:
a)TEJIDO ÓSEO COMPACTO: Cuando las laminillas se disponen de tal modo que a simple vista no dejan espacios y forma el cuerpo de los huesos largos (cuerpo de los huesos largos).
b)TEJIDO ÓSEO ESPONJOSO: Si las laminillas dejan espacios irregulares (parte interna de las extremidades de huesos largos, parte media de huesos planos, etc.) y dichos espacios se hallan ocupados por la MÉDULA ÓSEA.
Además porque los HUESOS están revestidos por una membrana llamada PERIOSTIO. La materia característica de la sustancia intercelular es la OSEÍNA, junto con gran cantidad de sales y principalmente FOSFATO TRICÁLCICO y MAGNESIO.
Beneficios que la elasticidad le aporta al cuerpo humano
Son muchos los beneficios que la elasticidad le reporta a nuestro cuerpo y por ello es muy importante que realicemos rutinas de estiramiento que tienen la misión de recuperarla y mantenerla.
Para aquellos que entrenan o realizan algún deporte esta ejercitación no puede faltar porque sin dudas mejorará los rendimientos.
Los seres humanos nacemos flexibles, con una capacidad elástica tremenda, no tenemos más que echarles una mirada a los niños y esa fabulosa disposición elástica que presentan en todos sus movimientos, sin embargo, con el correr del tiempo, si no se ejercita conforme, lamentablemente, se irá perdiendo.
Ahora bien, debemos tener muy en cuenta que antes de realizar el estiramiento tenemos que realizar una mini rutina de pre calentamiento, jamás se debe estirar estando en frío porque se puede producir alguna lesión.
Entre los variados y muchos beneficios que reporta el estiramiento debemos citar los siguientes: aumento de la potencia, de la resistencia, mejoramiento de la postura, eficiencia en el funcionamiento de articulaciones, tendones y músculos, disminución del riesgo de padecer lesiones u otros riesgos graves a partir de caídas, prevención de contracturas, aporte de relajación muscular, fácil recuperación física, entre otros.
30.MATERIA
Empleamos el término materia como un sinónimo de sustancia, es decir, de la cosa de la que están hechos los objetos, y la comprendemos científicamente como un tipo de fenómeno distinto al de las fuerzas o energías: las dinámicas que interactúan con los objetos.
Hasta donde sabemos, la materia está formada por partículas invisibles, indivisibles y estables, que llamamos átomos. Existen 118 tipos de átomos, es decir, de elementos químicos o sustancias puras, indivisibles en otras más simples, reflejados en la Tabla Periódica de los Elementos. Estos átomos son distintos entre sí, dependiendo de la cantidad o distribución de partículas subatómicas, que son siempre de tres tipos: electrones (carga negativa), protones (carga positiva) y neutrones (carga neutra).
31.LEYES DE LA TERMODINÁMICA Y SU INTERRELACIÓN CON LOS SERES
VIVOS
En la biología, la termodinámica se refiere al estudio de la transferencia de energía que se produce entre moléculas o conjuntos de moléculas. Cuando hablamos de termodinámica, el elemento o conjunto particular de elementos que nos interesa (que podría ser algo tan pequeño como una célula o tan grande como un ecosistema) se llama sistema, mientras que todo lo que no está incluido en el sistema que hemos definido se llama alrededores. El sistema y los alrededores en conjunto componen el universo.
Hay tres tipos de sistemas en la termodinámica: abierto, cerrado y aislado.
•Unsistema abierto puede intercambiar energía y materia con su entorno. El ejemplo de la estufa sería un sistema abierto, porque se puede perder calor y vapor de agua en el aire.
•Un sistema cerrado, por el contrario, solo puede intercambiar energía con sus alrededores, no materia. Si ponemos una tapa muy bien ajustada sobre la olla del ejemplo anterior, se aproximaría a un sistema cerrado.
•Un sistema aislado es que no puede intercambiar ni materia ni energía con su entorno. Es difícil encontrarse con sistema aislado
perfecto, pero una taza térmica con tapa es conceptualmente similar a un sistema aislado verdadero.
(EcuRed, s.f)
LA PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Llamada ENTALPÍA Intercambio de materia, por ejemplo, En la célula, la energía contenida en los enlaces de los lípidos y carbohidratos se convierte en ATP, la cual es utilizada en los procesos celulares. Esta energía se transforma. Resnick P. y Halliday D., Física (2 tomos)
la Primera ley de la termondinámica dice que la energía no se puede crear ni destruir, solo puede cambiarse o transferirse de un objeto a otro.
Por ejemplo:
·Los focos transforman energía eléctrica en energía luminosa (energía radiante).
·Una bola de billar golpea a otra, lo que transfiere energía cinética y hace que la segunda bola se mueva.
·Las plantas convierten la energía solar (energía radiante) en energía química almacenada en moléculas orgánicas.
·Tú estás transformando la energía química de tu última comida en energía cinética cuando caminas, respiras y mueves tu dedo para desplazarte hacia arriba y hacia abajo por esta página.
LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La energía no puede ser creada ni destruida, pero puede cambiar de formas más útiles a formas menos útiles. La verdad es que, en cada transferencia o transformación de energía en el mundo real, cierta cantidad de energía se convierte en una forma que es inutilizable (incapaz de realizar trabajo). En la mayoría de los casos, esta energía inutilizable adopta la forma de calor.
Resnick P. y Halliday D., Física (2 tomos)
ENTROPIA
El grado de aleatoriedad o desorden en un sistema se llama entropía. Puesto que sabemos que cada transferencia de energía resulta en la conversión de una parte de energía en una forma no utilizable (como calor) y que el calor que no realiza trabajo se destina a aumentar el desorden del universo, podemos establecer una versión relevante para la biología de la segunda ley de la termodinámica: cada transferencia de energía que se produce aumentará la entropía del universo y reducirá la cantidad de energía utilizable disponible para realizar trabajo (o en el caso más extremo, la entropía total se mantendrá igual). En otras palabras, cualquier proceso, como una reacción química o un conjunto de reacciones conectadas, procederá en una dirección que aumente la entropía total del universo.
Para resumir, la primera ley de termodinámica habla sobre la conservación de la energía entre los procesos, mientras que la segunda ley de la termodinámica trata sobre la direccionalidad de los procesos, es decir, de menor a mayor entropía (en el universo en general. (EcuRed, s.f)
TERCERA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La tercera ley de la termodinámica, a veces llamada teorema de Nernst o Postulado de Nernst, relaciona la entropía y la temperatura de un sistema físico.
La tercera ley de la termodinámica afirma que no se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de etapas. La tercera ley de la termodinámica también se puede definir como que al llegar al cero absoluto, 0 grados kelvin, cualquier proceso de un sistema físico se detiene y que al llegar al cero absoluto la entropía alcanza un valor mínimo y constante. Resnick P. y Halliday D., Física (2 tomos)
INTERRELACIÓN CON LOS SERES VIVOS
Por ejemplo, un ser humano que consume alimento, lo descompone en compuestos más simples, utilizados para formar células, tejidos, ligamentos, etc. Este proceso incrementa el orden dentro del cuerpo, y reduce su entropía. Sin embargo, los seres humanos conllevan una constante serie de procesos, tales como:
1)Transferir calor a la ropa y otros objetos que entran en contacto con él
2)Generar convección, resultado de la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el medio ambiente
3)Irradiar calor al espacio adyacente
4)Consumir sustancias que contienen energía (alimento)
5)Eliminar desperdicios (dióxido de carbono, agua, componentes presentes en el aliento, orina, heces, sudor, etc.)
Resnick P. y Halliday D., Física (2 tomos)
Tomando todos estos procesos en cuenta, el total de la entropía del sistema incrementa, cualquier interrupción de los procesos 4 ó 5 conducirían rápidamente a la morbilidad y/o mortalidad de la persona. En resumen, el alto grado de organización de los seres vivos se mantiene gracias a un suministro constante de energía y se compensa con un aumento en la entropía del entorno. (EcuRed, s.f)
EJEMPLOS BIOFISICOS
Las aplicaciones son múltiples por un lado permiten entender los fenómenos fisicoquímicos de las reacciones químicas o saber mediante qué mecanismos actúan las enzimas, también son necesarios conceptos de física termodinámica para entender como actúa la radiación sobre el organismo y como se desarrollan los aparatos de diagnóstico por imágenes como tomógrafos etc. Para calcular las concentraciones de enzimas y la capacidad de estas de actuar sobre cierta cantidad de sustrato es necesario incluir en las fórmulas conceptos de termodinámica como los principios de conservación de energía, masas, ley de gases etc.
Otra aplicación se relaciona con la forma en que se producen los radicales libres en el cuerpo y la acción de los mismos sobre las moléculas orgánicas, las reacciones de óxido reducción y el estado oxidativo de una sustancia etc.
DOCENTE:
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AÑO 2019-2020
CICLO II
