miércoles, 27 de febrero de 2019

Leyes de la termodinámica

Las leyes de la termodinámica describen la cantidad (total) y la cualidad (utilidad) de la energía. La primera ley de la termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye por medios ordinarios (reacciones nucleares, en los que la materia se transforma en energía, son la excepción). Sin embargo, la energía puede cambiar de forma; por ejemplo de energía lumínica (la que entra por nuestros ojos) a energía eléctrica (en lo que es convertida la imagen que entra por nuestros ojos para ser enviada por medio del nervio óptico hasta el cerebro).


Si se tiene un sistema cerrado, en el que ni la energía ni la materia pueden entrar ni salir, y si es posible medir la energía en todas sus formas antes y después de un suceso cualquiera, veríamos que la energía total, antes y después, no cambió. Por tanto, la primera ley de la termodinámica se llama también ley de la conservación de la energía.  (audesirk)
Para ilustrar otro ejemplo de esta ley podemos poner el ejemplo de los alimentos que ingerimos a diario en donde encontramos energía almacenada en forma  de carbohidratos y grasas pero luego de ser desdoblado el alimento en sistema digestivo, estas biomoléculas son llevadas a las células quienes las convierten en ATP otro tipo de energía que usa nuestro cuerpo para realizar sus funciones básicas

La segunda ley de termodinámica establece que cuando la energía se convierte de una forma a otra, la cantidad de energía útil decrece. Dicho de otra manera, la segunda ley establece que todas las reacciones o cambios físicos hacen que la energía se convierta en formas cada vez menos útiles. Por ejemplo cuando un maratonista usa esa energía que hay en el ATP para sus carreras se libera gran cantidad de esa energía en forma de calor (energía calorífica). Esta energía no puede ser aprovechada para correr más rápido sino que es liberada en el medio ambiente

Así, la segunda ley de la termodinámica establece que ningún proceso de conversión de energía, incluyendo los que ocurren en el cuerpo, es 100% eficiente al usar energía para un fin determinado. La segunda ley de la termodinámica determina también algo de la organización de la materia. La energía útil se guarda en materia muy ordenada y cuando en un sistema cerrado, hay un aumento general en el desorden y la aleatoriedad de la materia. Lo podemos constatar con las moléculas de glucógeno almacenadas en los músculos de los maratonistas, que de ser cadenas muy organizadas de moléculas de glucosa, se convierten en moléculas más simples de agua y dióxido de carbono cuando las usan los músculos. 
Esta tendencia a la pérdida de complejidad, orden y energía útil (y el aumento consiguiente de aleatoriedad, desorden y energía menos útil) se llama entropía. Para contrarrestar la entropía, la energía debe ingresar en el sistema desde una fuente externa. Los seres vivos aprovechan la energía solar para crear las condiciones de baja entropía para la vida. Al pensar en la segunda ley de la termodinámica, uno se pregunta cómo es que existe la vida. Si las reacciones químicas, incluso las del interior de las células vivas aumentan la cantidad de energía inutilizable y si la materia tiende a la aleatoriedad  y el desorden, ¿cómo pueden los organismos acumular la energía útil y las moléculas ordenadas que son característica de la vida?
La respuesta es que las reacciones nucleares del Sol generan energía cinética en forma de luz, lo que produce enormes aumentos de la entropía dentro del sol en forma de calor. De hecho se calcula que la temperatura en el centro del Sol es de unos 16 millones  de °C. Los seres vivos usas un flujo continuo de energía solar para sintetizar moléculas complejas y mantener estructuras ordenadas, para “luchar contra el desorden”. Los sistemas organizados y de baja entropía de la vida no violan la segunda ley de la termodinámica porque son producto de un flujo contante de energía solar luminosa. (audesirk).
Primera ley: la energía puede convertirse de una forma a otra, pero no puede crearse ni destruirse. La energía puede almacenarse en varias formas y luego transformarse en otras.
Cuando los organismos oxidan carbohidratos, convierten la energía almacenada en los enlaces químicos en otras formas de energía. En el caso de las reacciones químicas, esto significa que la suma de la energía de los productos de la reacción y la de la energía liberada en la reacción misma es igual a la energía inicial de las sustancias que reaccionan.

Segunda ley: en el curso de las conversiones energéticas, el potencial termodinámico -o energía potencial termodinámica- de un sistema en el estado final siempre será menor que el potencial termodinámico del mismo sistema en el estado inicial. La diferencia entre los potenciales termodinámicos de los estados inicial y final se conoce como cambio en la energía libre (o de Gibss) del sistema y se simboliza como ΔG.

La entropía de un sistema es una medida del "grado de desorden" o "grado de aleatoriedad" de ese sistema.

Otra manera de enunciar la segunda ley de la termodinámica es que todos los procesos naturales tienden a ocurrir en una dirección tal que la entropía del Universo se incrementa. Para mantener la organización de la cual depende la vida, los sistemas vivos deben tener un suministro constante de energía que les permita superar la tendencia hacia el desorden creciente. El Sol es la fuente original de esta energía.








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