encontraran formulas ya simplificadas para su aplicación así como conceptos y ejemplos fáciles de entender y al final una idea innovadora de un biosensor

1. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE
LOJA
RESUMEN DE LOS CAPÍTULOS 11, 15,18 DEL LIBRO
“FÍSICA PARA LAS CIENCIAS DE LA VIDA”
Segundo Ciclo
Carrera: Biología
Materia: Física para las ciencias dela vida
Estudiante: Camilo Morillo

2. ÍNDICE DE CONTENIDOS
1 Calor..............................................................................................................................................1
1.1 Primera ley de la termodinámica ........................................................................................1
1.1.1 Calor y trabajo ................................................................................................................2
1.2 Calor especifico.....................................................................................................................3
1.3 Calor especifico del agua......................................................................................................4
1.4 Calorimetría..........................................................................................................................4
1.5 Transmisión de calor............................................................................................................5
1.5.1 Conducción.....................................................................................................................5
1.5.2 Convección.....................................................................................................................5
1.5.3 Radiacion........................................................................................................................6
1.5.4 Evaporación....................................................................................................................7
1.6 Regulación de la temperatura del cuerpo ...........................................................................7
2 La Luz ...........................................................................................................................................8
2.1 Naturaleza ondulatoria y electromagnética de la luz.........................................................8
2.2 Interferencia y difracción.....................................................................................................9
2.3 Reflexión y Refracción .......................................................................................................10
2.4 Color....................................................................................................................................11
2.5 Polarización.........................................................................................................................12
3 Corriente.....................................................................................................................................13
3.1 Ley de Ohm.........................................................................................................................13
3.2 Redes y circuitos .................................................................................................................14
3.3 Corriente alterna ................................................................................................................15
3.4 Condensadores....................................................................................................................15
3.5 Bioelectricidad ....................................................................................................................16

3. ÍNDICE DE FIGURAS
Ilustración 1..........................................................................................................................................1
Ilustración 2..........................................................................................................................................1
Ilustración 3..........................................................................................................................................1
Ilustración 4..........................................................................................................................................2
Ilustración 5..........................................................................................................................................2
Ilustración 6..........................................................................................................................................4
Ilustración 7..........................................................................................................................................4
Ilustración 8..........................................................................................................................................5
Ilustración 9..........................................................................................................................................6
Ilustración 10........................................................................................................................................7
Ilustración 11........................................................................................................................................8
Ilustración 12........................................................................................................................................9
Ilustración 13......................................................................................................................................10
Ilustración 14......................................................................................................................................10
Ilustración 15......................................................................................................................................11
Ilustración 16......................................................................................................................................12
Ilustración 17......................................................................................................................................12
Ilustración 18......................................................................................................................................16

4. Introducción General
En el primer capítulo se hablara del calor y sus características o relación con el trabajo y flujo
de energía. El calor está en todas las actividades, procesos o acciones voluntarias e involuntarias
que realiza todo ser vivo; como por ejemplo, nacer, crecer, respirar, evolucionar, fotosíntesis
en todas estas actividades se produce transferencia de calor a energía y viceversa.
Se verán conceptos claros de calor, trabajo, calor especifico en diferentes medios, calorimetría,
la transmisión del calor, la conducción del mismo, la convección, la radiación, la habilidad que
poseen los organismo para regular su temperatura corporal conocidos como organismos
endotérmicos, así como también datos y fórmulas para determinarlo.
Dentro del segundo capítulo estudiaremos todo lo que es referente a la luz, las fuentes
luminosas, sus ondas electromagnéticas, su naturaleza, la velocidad y algunas otras
propiedades de la luz.
También podremos ver sus medios de interferencias y difracción de la luz y nos abarcaremos
a fondo a estudiar estos temas denotados hasta en la misma naturaleza. La reflexión y
refracción serán otros componentes que estudiaremos también en este capítulo tanto en sus
leyes como aplicaciones.
Si hablamos de luz abarcamos también el tema de color ya que es una de las propiedades que
más podemos visualizar con respecto a luz, estudiando las leyes de Grassannn para poder
entender la relación entre la luz y el color. Y culminaremos con la polarización de la luz.
En el último tema estudiaremos acerca de la corriente, y sus principales leyes de las cuales
forma parte y la constituyen. La corriente alterna también será un tema a tratar junto con cada
una de sus fórmulas para calcularla así como también de la intensidad, tensión, la seguridad
eléctrica y los condensadores.
En lo que más nos interesa en nuestro campo biológico se estudiara la bioelectricidad tratando
acerca de los impulsos nerviosos que suceden en los organismos vivos, culminando así estos
tres capítulos de resumen acoplado con gráficos y formulas.

5. 1
Capítulo 11
1 Calor
1.1 Primera ley de la termodinámica
La primera ley de la termodinámica nos dice que el volumen de un objeto se mantendrá
si su temperatura y presión son constantes para que haya un equilibrio térmico. Además
nos dice que la engería interna del sistema es igual al calor adherido a este menos el
trabajo realizado por el mismo
Un ejemplo seria:
Si inflamos un globo y lo acercamos a una vela este explotara por el aumento de su
temperatura, esto hace que aumente la presión rápidamente y hace que explote el globo.
Por otro lado si utilizamos un globo con una determinada cantidad de agua la acercamos
a la vela y este no se revienta la razón es porque el calor se lo transmite al agua al tener
esta propiedades que hace que absorba gran cantidad de energía en forma de calor
permitiendo que las paredes del globo con el agua formen un equilibrio térmico.
La energía del sistema (E.s) es la suma de las energías cinéticas de las moléculas del
sistema (energía térmica) y la energía potencial de los átomos en las moléculas (energía
química).
Ilustración 1
Ilustración 3 Ilustración 2

6. 2
La energía del sistema (E.s) depende del estado del medio y varía cuando este se
modifica. Sin embargo la ley de conservación de la energía establece que esta no puede
crearse ni destruirse simplemente se transforma en otra.
Entonces su fórmula seria:
1.1.1 Calor y trabajo
La energía puede ser transferida entre el sistema y el medio ambiente de dos formas
esencialmente distintas.
El calor es la energía que se transfiere de un objeto a otro dando como resultado que
los átomos de dicho objeto empiecen a moverse a cierta temperatura (T1); estas
moléculas tienen mayor temperatura que otro objeto a temperatura inferior (T2)
Si estos dos objetos entran en contacto las moléculas de ambos chocaran y producirán
un intercambio de energía; donde las moléculas más energéticas del objeto más caliente
perderán su energía se la transferirán a las moléculas del objeto más frio hasta hallar un
equilibrio térmico.
El trabajo es la energía necesaria que se transfiere (como fuerza) de un objeto a otro
para desplazarlo de manera acelerada.
𝐸𝜇 = 𝐸𝑠 + 𝐸𝜀
Ilustración 4
Ilustración 5

7. 3
Un claro ejemplo seria al tener dos bloques; donde B1 se encuentra en estado de reposo
y se le aplica una Fuerza (y) en newtons para desplazarlo con un ángulo (Zº) con
respecto a la horizontal y a una distancia (x) metros, utilizamos estos valores para al
multiplicar obtener un resultado en Jules y así saber el trabajo aplicado en este sistema.
Entonces fórmula para el trabajo es:
1.2 Calor especifico
Es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que suministrar
a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar
su temperatura en una unidad.
En general, el valor del calor específico depende del valor de la temperatura inicial. Se
le representa con la letra ( ).
La fórmula para determinar el calor específico es:
Donde;
Q: Calor añadido
M: Masa
C: Capacidad calorífica a volumen o presión constante
ΔT: Variable de temperatura
Existen dos procesos para este sistema:
Proceso isocoro
Es un proceso termodinámico en el cual el volumen permanece constante;
.
Esto implica que el proceso no realiza trabajo presión-volumen, ya que éste se define
como:
La variación de temperatura está relacionada con:
Q = ΔE.s = C = ΔT
El calor específico (c) de una sustancia es su capacidad calorífica (C) sobre su masa
c =
𝐶𝑣
𝑚
El calor específico es una propiedad propia de una sustancia.
W=F ∗ 𝐷 ∗ 𝜃°
Q=m*c*ΔT

8. 4
Proceso isobárico
La mayor parte de las transformaciones biológicas tienen lugar a presión
constante más que a volumen constante.
Donde:
= Calor transferido.
= Energía interna.
= Presión.
= Volumen.
C.p = Calor esp. A presión
constante
Su relación con el sistema es:
1.3 Calor especifico del agua
Antes de que se estableciera la conservación de la energía, el calor fue definido por la
elevación de la temperatura del agua
EL calor especifico del agua: 1cal/ g ºc
Si se requiere encontrar el calor específico de 100 g significa que a 1 g de agua hay que
entregarle 1 caloría para elevar su temperatura 1ºC.
1.4 Calorimetría
Mide el calor en una reacción química o un cambio de estado usando un instrumento
llamado calorímetro.
Ilustración 7
ΔEs + p * ΔV = m*Cp* ΔT
Ilustración 6

9. 5
Podemos determinarla con la fórmula de calor específico a presión constante:
Y determinar la variación de temperatura con:
1.5 Transmisión de calor
- El calor siempre fluye de los objetos de mayor a temperatura a menor
temperatura
- Esa transferencia da calor para cuando las temperatura se igualan
- Estas transferencias de calor se pueden dar por diferentes 4 métodos:
1.5.1 Conducción
- Es la transmisión del calor a través de un material por el contacto directo
- Algunos materiales son buenos conductores térmicos por ejemplo los metales en
donde la mayor parte de la energía es trasmitida por choques entre los electrones
libres y las moléculas fijas
- Otros materiales son aislantes o malos conductores de calor como la madera
Ilustración 8
1.5.2 Convección
- Se debe al movimiento del fluido ( liquido o gas) que transporta el calor entre
zona de diferente temperatura
Q=m*Cp.*ΔT
ΔT= Tf-Ti

10. 6
- Los fluidos al calentarse aumentan de volumen y por lo tanto su densidad
disminuye
- La convección en si es el transporte de calor por medio de las corrientes
ascendente y descendente del fluido
Ilustración 9
1.5.3 Radiacion
Es la energía electromagnética que se propaga a través del espacio vacío a la
velocidad de la luz (3*108
).
Se pueden distinguir 2 propiedades principales
Emisión
- Todos los objetos emiten luz; cuanto mayor sea la temperatura, mayor la
frecuencia
- A temperatura ambiente la luz emitida se irradia a frecuencias muy bajas para
que nuestros ojos lo vean
La velocidad (R) a la que un objeto de área (A) y temperatura absoluta (T) emite
energía radiante es:
Donde;
ϵ= emisividad
σ= 5,67*10-8 𝑤
𝑚2
Absorción
La cantidad de radiación que incide en un cuerpo y queda retenida en él, como energía
interna, se denomina radiación absorbida. (Tα) Absorberá la radiación de las paredes
del objeto.
R𝜺 = ϵσT𝜺
Rα = ϵσT𝛂

11. 7
1.5.4 Evaporación
Es la transformación de moléculas desde la fase liquida a la fase gaseosa, solo se evaporan las
moléculas con mayor energía rompiendo la fuerza de cohesión del líquido.
La pérdida de moléculas con alta energía hace que la temperatura del líquido descienda.
La energía necesaria para evaporar un líquido se denomina calor molar de vaporización
(Hv).
Para determinar la perdida de calor utilizamos el valor de (Hv) y lo dividimos por los
moles del fluido. Y luego lo obtenemos por la siguiente formula
Para calcular la velocidad de la pérdida de calor:
1.6 Regulación de la temperatura del cuerpo
Es la capacidad que posee el organismo de estabilizar su temperatura según el medio en
donde se encuentre. Esta característica se denomina endotérmica.
Para determinar la variable de temperatura corporal primero debemos encontrar el calor
añadido con el que se encuentra el cuerpo y luego lo dividimos para su masa y calor
especifico del cuerpo de la siguiente manera:
Ilustración 10
Q = (m*Ev)
R =
𝑄
𝑡
ΔT =
𝑄
𝑚∗𝐶𝑝

12. 8
Capítulo 15
2 La Luz
2.1 Naturaleza ondulatoria y electromagnética de la luz
Para determinar cuál era la naturaleza de la luz varios científicos importantes a lo largo
de la historia postularon varias teorías para poder explicarlos fenómenos luminosos que
producía la luz.
En 1678 Huygens defiende un modelo ondulatorio, la luz es una onda. Con este
modelo se explicaban fenómenos como la interferencia y difracción que el modelo
corpuscular no era capaz de explicar. Así la luz era una onda longitudinal.
La solución al problema la dió Maxwell en 1865, la luz es una onda electromagnética
que se propaga en el vacío.
Maxwell se basó en los estudios de Faraday del electromagnetismo, y concluyó que las
ondas luminosas son de naturaleza electromagnética. Una onda electromagnética se
produce por la variación en algún lugar del espacio de las propiedades eléctricas y
magnéticas de la materia. No necesita ningún medio para propagarse, son ondas
transversales
Ilustración 11
Su velocidad de propagación en el vacío es de
Donde c será la velocidad de la luz en sustancias transparentes como por ejemplo el
agua o el vidrio.
C = 3*108 m/s

13. 9
El índice de refracción (n) de una sustancia es la razón de la velocidad de la luz (c) en el
vacío sobre su volumen:
2.2 Interferencia y difracción
Interferencia
Es un fenómeno en el que dos o más ondas se superponen para formar una onda
resultante de mayor o menor amplitud. El efecto de interferencia puede ser observado en
cualquier tipo de ondas, como luz, radio, sonido, ondas en la superficie del agua, etc.
Ilustración 12
La separación entre las ranuras depende de características de la luz y de medidas físicas
Para calcular la interferencia de la luz utilizamos la siguiente formula:
Donde;
Dn = Distancia entre pantalla de las aberturas y propagación
λ= Longitud de onda
d= Distancia entre las aberturas
Xn= Separación entre puntos brillantes
Difracción de la luz
Es la consecuencia de que una onda ya no viaje en una dirección sino que por el
contrario tiene una divergencia angular θ
N = C/V
Xn =
𝐷𝑛∗𝜆
𝑑

14. 10
Ilustración 13
En general la difracción ocurre cuando las ondas pasan a través de pequeñas aberturas,
alrededor de obstáculos o por bordes afilados. Se la puede denotar con la siguiente
ecuación:
2.3 Reflexión y Refracción
Reflexión de la luz es el cambio de dirección que experimenta la luz cuando choca con
un objeto y "rebota". La reflexión de la luz hace posible que veamos objetos que no
emiten luz propia.
Elementos de la reflexión
- Rayo incidente: Es el rayo de luz que incide en la superficie
- Rayo reflejado: Es el rayo que sale de la superficie
- Normal: es la línea imaginaria perpendicular a la superficie
- Ángulo de incidencia (i) es el ángulo que forman el rayo incidente y la normal
- Ángulo de reflexión (r) es el ángulo que forman la normal y el rayo reflejado.
Ilustración 14
Sen θ =
𝝀
𝒅

15. 11
Leyes de la reflexión
- Primera ley: El rayo incidente, el rayo reflejado y la normal están en el mismo plano.
- Segunda ley: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.
Para hallar los ángulos de reflexión y refracción utilizamos la siguiente formula
Reflexión total
Es un fenómeno que se da cuando la luz viaja de un medio con índice de refracción
mayor a un medio con índice de refracción menor.
2.4 Color
Es una percepción visual que se genera en el cerebro donde se interpretar las señales
nerviosas que le envían los fotorreceptores en la retina del ojo, y distinguen las
distintas longitudes de onda que captan de la parte visible del espectro
electromagnético.
Las 3 Leyes de Grassmann:
1. Ley
Por síntesis aditiva del color es posible conseguir todos los colores percibidos
mezclando tres franjas del espectro visible (roja, verde y azul) en la proporción de
intensidad adecuada
N1Sen θ1 = N2senθ2
Θ1 = θ´2
senθ2=
𝒏𝟏
𝒏𝟐
Sen θ’1
x =
𝑋
𝑋+𝑌+𝑍
y=
𝑌
𝑋+𝑌+𝑍
z=
𝑍
𝑋+𝑌+𝑍
Ilustración 15

16. 12
2. Ley
Establece que cuando se ha conseguido la igualdad de color enunciada en la primera
ley, la luminancia del color igualado es la suma de las luminancias de los primarios
utilizados en la igualación.
3. Ley
Los mismos colores tienen los mismos efectos en
mezclas aunque sus composiciones espectrales
sean diferentes
2.5 Polarización
Es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la luz, por
el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano determinado, denominado plano de
polarización.
En una onda electromagnética no polarizada, al igual que en cualquier otro tipo de onda
transversal sin polarizar, el campo eléctrico oscila en todas las direcciones normales a la
dirección de propagación de la onda.
Polarización = Orden = Dirección de oscilación
Ilustración 17
Lx= LA +LB +LC
Ilustración 16

17. 13
Capítulo 18
3 Corriente
Flujo de carga (positivo – negativo)
3.1 Ley de Ohm
Donde;
I = Intensidad de corriente; A= Amperio; su unidad C/s = Coulomb sobre segundo
Para determinar la intensidad de corriente utilizamos la siguiente formula
q = Carga
t = Tiempo
Si lo que queremos es determinar despejamos la formula y obtenemos
Para determinar la potencia utilizamos la siguiente ecuación
La ley de ohm para calcular la intensidad con una resistencia es la siguiente
La resistencia tiene como unidad Voltios sobre Amperios (V/A = 1Ω)
La ley de Ohm es válida solo para ciertos materiales, sobre todo metales.
La resistencia eléctrica de un alambre está relacionada con la longitud (L) y el radio (r)
del alambre por:
Otra manera de calcular la potencia según la ley de Ohm es la siguiente
Las 3 expresiones de potencia son de utilidad. Sin embargo solo hace falta recordar una
expresión ya que las otras 2 se deducen fácilmente recordando la ley de Ohm
I = 1A = 1 C/s
I =
𝑞
𝑡
q = I*T
P = W/s = qV/t= 1V
I = V/ R V = R* I
R =
𝐩𝐋
𝛑∗𝐫 𝟐
P = V* I P = R* I2
P = V2
/ R

18. 14
3.2 Redes y circuitos
Red de resistencias interconectadas
1. Ley de Kirchhoff
La intensidad total de la corriente que entra en un punto cualquiera del circuito es
igual a la intensidad que sale del punto
2. Ley de Kirchhoff
La diferencia de potencial entre dos puntos cualesquiera de u circuito es la misma a
lo largo de cualquier camino que conecte los puntos.
La fórmula para calcular la intensidad y Resistencia de circuitos en serie es
Podemos también calcular el voltaje con cada una de las resistencias de circuitos en
serie
Así como también las potencias de ambas resistencias
Si tenemos varias intensidades podemos calcular la intensidad total con:
Y su relación con cada resistencia mediante la siguiente formula
Para calcular resistencias en paralelo utilizamos:
R siempre será menor que R1 y R2
I =
ϵ
𝑅1+𝑅2
= A R = R1 + R2...Rn = Ω
V1 = R1 * I = V V2 = R2* I = A
P1 = R1 * I2
= W P2 = R2 * I2
= W
I = I1+I2
I1 =
ϵ
𝑹𝟏
I2 =
ϵ
𝑹𝟐
1
𝑅
=
1
𝑅1
+
1
𝑅2

19. 15
3.3 Corriente alterna
Cuando la corriente oscila con el tiempo y no es constante es corriente alterna por ende
esta viene dada con una frecuencia (f)
Donde la unidad de la frecuencia son los Hertz de
modo de que si f = 60s-1
= 60 Hz
Intensidad eficaz y tensión eficaz
La tensión continua o eficaz Vef se define en función de I ef por la ley de Ohm
Pero Ief = Iep /√2 ; entonces:
Seguridad eléctrica
Cuando alguien toca accidentalmente un circuito el 75% de la población percibe una
corriente de 1,0 mA a 60 HZ como un pequeño hormigueo. Si sujetáramos un cable con
una corriente mayor por ejemplo de 10 mA es lo suficientemente grande como paralizar
la mano de quien sujeta el cable e impedirle que escape.
3.4 Condensadores
Consta de dos superficies conductoras separadas por una delgada lámina aislante
En cualquier instante, la carga (q) del condensador es proporcional a su potencia (V),
esto se puede expresar
Donde C es una constante llamada capacidad.
Su unidad es (C/V) llamada farad (F)
El valor de C está relacionado con el área A de las placas del condensador y la distancia
d entre ella por medio de:
Donde K = 9 * 109
N*m2
/C2
∈ = Constante dieléctrica característica del material
aislante
f =
𝟏
𝛕
Vef = R * Ief
Vef =
𝑹𝑰𝒑
√𝟐
=
𝑽𝒑
√𝟐
q = C * V
C =
∈𝐀
𝟒𝛑𝐊𝐝

20. 16
3.5 Bioelectricidad
Son los impulsos eléctricos que experimentan de manera natural lo seres vivos
Los impulsos nerviosos llevan señales de información desde las células sensoriales
cerebro y mandan señales en sentido inverso desde el cerebro a las células musculares.
Los músculos los peces han perdido su capacidad para contraerse y son utilizados
exclusivamente para producir un potencial eléctrico
Un ejemplo claro conocido es el de la anguila eléctrica que produce un gran potencial
eléctrico utilizándolo para su defensa.
Ilustración 18
El potencial de Nernst es el siguiente
Donde:
c1 y c2 = son las concentraciones de los iones de potasio;
K = es la contante de Boltzann;
T la temperatura absoluta
e = es la magnitud proporcional a flujo neto de iones.
V = V1 – V2 = +-2,3
𝒌𝑻
𝒆
log
𝒄𝟏
𝒄𝟐

21. Conclusiones
Como resultado de lectura y análisis de los datos he podido comprender
muy bien todo lo que abarcan estos tres temas tanto en: Calor, Luz y
Electricidad.
Como resultado de este trabajo puedo entender y conocer las fórmulas para
determinar cada problema establecido así como el significado de cada una
de sus variables y para qué sirven.
Sabiendo que formula utilizar para determinado ejercicio podremos más
fácilmente realizarlos sin ningún inconveniente; anquea veces toque
despejar de la formula base.
Biosensor
Primeramente un biosensor es una herramienta biotecnológica que nos
permite receptar cierta anomalía o proceso metabólico en nuestro
organismo mediante la utilización de enzimas, células, neuronas, sangre,
ácidos nucleicos o anticuerpos; dada la complejidad de estos existían pocos
biosensores, pero en la actualidad existen una variedad y cada vez se van
desarrollando nuevos.
Mi idea se basa en un problema que se vive en la actualidad y es el
aumento de la radiación del sol por la destrucción de la capa de ozono por
el cual se están produciendo más seguido el daño de la piel en las personas
muy comúnmente causadas por los rayos (UV)
Este biosensor actuaría en nuestra epidermis al ingresar los rayos a nuestra
piel esta comenzara su proceso de deshidratación y este biosensor nos
marcara su nivel de temperatura, nivel de deshidratación y determinara el
daño a nivel celular de la epidermis; además su función principal es que

22. nos señalara cuando estamos en riego de sufrir quemaduras desde muy
leves hasta las graves y en qué tiempo determinado de exposición al sol
tendremos una quemadura grave en nuestra piel.
Además también tendrá implementado un sistema que nos diga qué tipo de
factor de protección solar (FPS) debemos utilizar según el fototipo de
nuestra piel.
Sería una herramienta muy útil y practica del tamaño de un móvil donde su
parte anverso estará con una pantalla digital que nos permita ver y utilizar
todas las funciones ya propuestas y su parte reversa estará compuesta por
un panel biosensorial epidérmico que nos permita receptar eficazmente
estos sucesos y anomalías.