FSICA BIOLGICA TERMODINMICA

Termodinmica Therme: calor Dynamis: movimiento (fuerzas)

Siglo XVIII:Estudio de las fuerzas que originan el calor

Estudio de las mquinas de vapor

HOY : Ciencia que estudia las transformaciones energFcas: mecnica, elctrica, qumica ,nuclear ,etc .Se ocupa de estados de equilibrio y no de estados dinmicos.

Hidroelctrica Elica

Solar Geotrmica

Nuclear

Petrleo Carbn

Gas Natural

Interrelaciones que existen entre las disFntas formas de energa y el desorden del universo.

Ley cero de la termodinmica (1925, Fahrenheit (1736)): Establece el equilibrio trmico, permite garanFzar la reproducibilidad de las mediciones de temperatura.

Otras deniciones: Parte de la Qsica que estudia la energa y la entropa. Ciencia que estudia la relacin entre el calor y el

trabajo y de aquellas propiedades de las sustancias que guardan relacin con ellas.

Leyes de la termodinmica

Primera Ley de la termodinmica (1843,Joule): Establece la conservacin de la energa en el universo.

Termmetro sin marcas. Igual nivel de mercurio Diferentes Kempos

Conclusin Igual temperatura

Tercera ley de la termodinmica (1923,Lewis y Randall). La entropa de las sustancias cristalinas perfectas se considera nula (cero) a la temperatura del cero absoluto.

Leyes de la termodinmica Segunda ley de la termodinmica (1824, Clausius, Kelvin y Planck):la energia total de un sistema aislado es constante Establece que la entropa total del universo siempre crece. Determina la espontaneidad de los procesos.

CALOR

Es una forma de energa llamada energa trmica (energa en trnsito)

Unidades : Joule, calora 1 cal = 4,184 J o 1J= 0,24cal. El calor es una forma de variar la E del sistema. No es funcin de estado y no es algo que

posea el sistema.

Calor Segn si el sistema absorbe o cede calor

Criterio de signos

SISTEMA

Q > 0 Q < 0

Consumo energtico del hombre

El cuerpo humano consume energa en funcin de su masa y del tipo de actividad que realiza.

Se mide: Met = kcal /kg h Mayor consumo calorico Mayor energia Si esa energia no se utiliza Se almacena

Temperatura: Es la expresin de la velocidad promedio

(energa cintica media) de las molculas de las sustancias.

La temperatura depende de: la energa que recibe la cantidad de materia o masa que posee la naturaleza de la sustancia que la

constituye

Propagacin del Calor:

Conduccin: Se produce en los slidos

Conduccin

La conductividad trmica es una propiedad fsicaque mide la capacidad de conduccin de calor

La inversa de la conductividad trmica es

laresistividad trmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

Conductividad trmica Es una magnitud que representa la capacidad con la

cual la sustancia conduce calor

Los tejidos del cuerpo humano presentan una baja conductividad trmica; se comportan como aislantes trmicos. Las propiedades trmicas de los tejidos dependen de su contenido relativo en lpidos, protenas y agua. Puede demostrarse que vara segn el contenido en agua del tejido.

METALES ALTA CONDUCTIVIDAD

Radiacin Se realiza en todas las fuentes de calor sin la intervencin

de las partculas materiales. As, sentimos el calor cuando acercamos la mano a una estufa o una plancha, sin necesidad de tocarla.

Intercambio de calor entre el cuerpo humano y el ambiente

Transmisin del calor por Conveccin.

Se genera por medio del intercambio entre la piel y el aire

Cuanto mayor es la aislacin , menor es el intercambio de calor.

En condiciones normales llega a ser entre el 25 y 30 % del intercambio total

Transmisin del calor por Conduccin.

Se realiza entre el cuerpo y los objetos que ste toca cuando exista una diferencia de temperatura.

Ac la velocidad del aire no afecta el intercambio calrico.

Si la temperatura del medio es inferior a la del cuerpo, la transferencia ocurre del cuerpo al ambiente (prdida), sino, la transferencia se invierte (ganancia).

Transmisin del calor por Conduccin.

En este proceso se pierde el 3% del calor, si el medio circundante es aire a temperatura normal. Si el medio circundante es agua, la transferencia aumenta considerablemente porque el coeficiente de transmisin trmica del agua es mayor que el del aire.

Radiacin del calor

Como todo cuerpo con temperatura mayor que 26.5 grados, los seres vivos tambin irradian calor al ambiente por medio de ondas electromagnticas. Es el proceso en que ms se pierde calor: el 60%.

La entrega de calor por radiacin diaria de una persona oscila entre 4.200 y 6.300 KJ por da

Evaporacin Es la prdida del 22% del calor corporal, mediante el

sudor Una corriente de aire que reemplace el aire hmedo

por el aire seco, aumenta la evaporacin.

Sistemas y procesos: Los elementos son: un sistema fsico, el medio

ambiente y la frontera

Sistemas y procesos: Segn el tipo de intercambio, los sistemas

pueden clasificarse en:

Tipos de sistemas

Si no hay intercambio de calor con el medio ambiente, el proceso se llama adiabtico. Si el sistema libera calor es un proceso

exotrmico. Si el sistema absorbe calor el proceso es

endotrmico

Trabajo

Primer principio de la Termodinmica: La cantidad total de calor absorbida por un sistema en

una transformacin cclica es igual al trabajo realizado por el mismo.

Q = W La ecuacin nos indica que el trabajo (W) puede

transformarse en calor (Q) y el calor puede transformarse en trabajo.

Lo que lleva a asegurar que la energa total del sistema permanece constante.

Energa interna

Podemos decir que: la energa interna (U) de un cuerpo es la suma de las energas cinticas de todas las molculas que lo forman, ms la suma de todas las energas potenciales de interaccin entre dichas molculas.

Energa interna La variacin de energa de un sistema

termodinmico cerrado es igual a la diferencia entre la cantidad de calory la cantidad de trabajointercambiados por el sistema con sus alrededores.

Q W = U Como su valor est determinado por los

estados inicial y final, se dice que la energa interna es una funcin de estado

Entalpa: Expresa una medida de la cantidad de energa

absorbida o cedida por un sistema termodinmico, es decir, la cantidad de energa que un sistema puede intercambiar con su entorno.

H = U + P .V [cal] Es una funcin de estado

ENTALPIA La entalpa es la cantidad de energa calorfica de una sustancia. En una reaccin qumica, si la entalpa de los productos es menor que la de los reactantes se libera calor y decimos que es una reaccin exotrmica. Si la entalpa de los productos es mayor que la de los reactantes se toma calor del medio y decimos que es una reaccin endotrmica.

Entalpa Para un proceso exotrmico H0

Entropa: la entropa (S) es una medida cuantitativa del

desorden. S = Q/ T [J/K]

Entropa Es S =0 el proceso es reversible y se

encuentra en equilibrio S >0 el proceso es espontneo S

Variables que afectan la entropa. Temperatura - a mayor temperatura, mayor

el movimiento molecular y mayor es la entropa.

Presin - a mayor presin se reduce el volumen y por lo tanto habr, menos orden; la entropa estara aumentando.

La cantidad de sustancia, n - es una propiedad extensiva y depende del numero de moles. A mayor cantidad de sustancia, mayor ser la entropa.

Cambios de entropa

Cambios de entropa

Energa libre

Es un potencial termodinmico y una medida de la espontaneidad de un proceso

Energa libre

Energa libre G =0 el proceso es reversible y el sistema

est en equilibrio G >0 el proceso es imposible, slo es

posible si le agrego calor externo G

Reacciones exergnicas y endergnicas

Recordar

Reaccion exotermica Suelta calor y la entalpia es negativa.

Reaccion endotermicaAbsorbe calor y la entalpia es positiva

Reaccion espontanea es la que utiliza la energia libre del sistema y no se necesita agregar energia externa y por lo tanto es irreversible.