Termodinámica

nar
2012
TEMPERATURA, CALOR Y
TERMODINÁMICA
ALCA PAQUIYAURI DIEGO ALCA
ALVAREZ VARGAS LISSETHKAREN
MOISES JORGE PAUL
SAENZ LIZARBE RENZO NAHIN
MEDICINA HUMANA

BIOFÍSICA MÉDICA – CALOR, TEMPERATURA Y TERMODINÁMICA
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INTRODUCCION
La temperatura y el calor son temas ineludibles de nuestras vidas.
La temperatura está presente en todo nuestro planeta, y se requiere de ciertas
herramientas de la ciencia para poder cuantificarla. La temperatura carece de
dimensiones físicas, no hay forma de medirla directamente; por tal motivo, solo
se puede medir por sus efectos y utilizando una escala reconocida. Por su parte
el calor no tiene forma ni volumen, es la sensación que experimenta un cuerpo
ante otro de temperatura más elevada, el calor es una forma de energía capaz de
elevar la temperatura, incluso, dilatar, fundir, vaporizar e incluso descomponer
una sustancia.

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TEMPERATURA
La temperatura es la medida de la energía térmica (grado de agitación
molecular) de una sustancia, esta magnitud escalar se relaciona con que tan frío o
caliente puede estar un sistema. A medida de que sea mayor la energía cinética
de un sistema, se observa que éste se encuentra más caliente; es decir, que su
temperatura es mayor.
ESCALAS DE TEMPERATURA:
Las escalas termométricas o escalas de temperatura más importantes son la
Fahrenheit, la Celsius y la Kelvin (o absoluta). Cada escala considera dos puntos
de referencia, uno superior y el otro inferior, y un número de divisiones entre las
referencias señaladas.

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ESCALA CELSIUS:
Fue creada en 1742 por Andrés Celsius, es la más utilizada en el mundo, su
referencia inferior esta basada en el punto de fusión del hielo (0°C) y la superior
en el punto de ebullición del agua (100°C). Entre estas dos referencias existen
100 divisiones.
ESCALA FAHRENHEIT
En 1714 Daniel Gabriel Fahrenheit creó el primer termómetro de mercurio,
al que le registra la escala Fahrenheit y que actualmente es utilizado en los países
de habla inglesa.
Esta escala tiene como referencia inferior el punto de fusión de una mezcla
de sales con hielo (0°F) y como referencia superior el punto de ebullición del agua
ESCALA KELVIN
Fue creada en 1848 por William Thompson, Lord Kelvin. Esta escala es la
que se usa en la ciencia y está basada en los principios de la termodinámica, en
los que se predice la existencia de una temperatura mínima, en la cual las
partículas de un sistema carecen de energía térmica. La temperatura en la cual
las partículas carecen de movimiento se conocen como cero absolutos (0 ° K) es
la escala de la que se habla en la segunda ley de la termodinámica.
RELACION ENTRE ESCALAS TERMOMETRICAS

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TEMPERATURA CORPORAL
La temperatura del cuerpo de una persona se mide en relación a los tejidos
internos ya que estos se mantienen en una temperatura contante. Varía
dependiendo de su sexo, su actividad reciente, el consumo de alimentos y
líquidos, la hora del día y, en las mujeres, de la fase del ciclo menstrual en la que
se encuentren.
La temperatura corporal normal, puede oscilar entre 36,5°C y 37,2°C.
Siempre en cuando la persona se encuentre en un estado de reposo y más aun si
la persona acaba de realizar alguna actividad física ya que la temperatura sería
muy elevada.
LUGARES DE MEDICION
 Oral
La temperatura se puede tomar en la boca utilizando el termómetro clásico
o los termómetros digitales más modernos que usan una sonda electrónica
para medir la temperatura.
 Rectal
Las temperaturas que se toman en el recto (utilizando un termómetro de
vidrio o digital) tienden a ser de 0,5 a 0,7° F más altas que si se toman en
la boca.
 Axilar
La temperatura se puede tomar debajo del brazo utilizando un termómetro
de vidrio o digital. Las temperaturas que se toman en esta zona suelen ser
de 0,3 a 0,4°F más bajas que las que se toman en la boca.
 En el oído
Un termómetro especial puede medir rápidamente la temperatura del
tímpano, que refleja la temperatura central del cuerpo (la temperatura de
los órganos internos).

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HIPOTERMIA
Es la disminución de la temperatura corporal por debajo de los 36°C. La
hipotermia se produce cuando el cuerpo pierde más calor del que puede generar y
habitualmente es causada por una larga exposición al frío.
CAUSAS:
 Permanecer al aire libre durante el invierno sin protegerse con la suficiente
ropa adecuada.
 Factores ambientales como el viento y la humedad.
 Usar ropas húmedas por mucho tiempo cuando hay viento o hace mucho
frío.
HIPERTERMIA MALIGNA
 Genético: mutación en:
o Gen RYR1 (codifica canal interc. de Ca).
o Gen CACNL1A3 (codifica subunidad α1 de canal de Ca).
 Factores cualificantes: Estrés físico o emocional, ansiedad excesiva.
FIEBRE: Elevación regulada de la
temperatura por elevación de punto de
ajuste. Representa un mecanismo de
defensa contra agresión, en su producción
están implicadas la liberación de
citoquinas, la síntesis de prostaglandinas
o la deshidratación.
Estado termal causado por fallas en los mecanismos termorreguladores
(producción ó eliminación). No representa un mecanismo de defensa contra
agresión alguna ni tampoco está modificado el punto de ajuste:

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 Fármacos: En respuesta a un producto miorrelajante (succinilcolina) o un
anestésico inhalado (halonato).
MECANISMO FISIOPATOLÓGICO
Este proceso es el resultado de una anormalidad debido al incremento en la salida
del calcio del retículo sarcoplásmico, el cual es frecuentemente causado por una
mutación heredada en el gen receptor de la rianodina (RYR1), que se encuentra
en la membrana del retículo sarcoplasmico.
SINTOMAS
• Aumento rápido de la temperatura 40.5 º C o mayor.
• Tensión y rigidez muscular.
• Orina de color pardo oscuro.
• Dolor muscular sin que se presente un ejercicio obvio que explique los
músculos adoloridos.
• Sangrado.
TRATAMIENTO
 Administrar bicarbonato sódico intravenoso, de 2 a 4 mEq/kg, o en dosis
mayores si así lo sugiere el pH arterial y la Pa CO2.
 Controlar la temperatura corporal mediante varias formas de enfriamiento
activo.
 Mantener la diuresis con manitol 25 g, i.v., furosemida 20 mg, i.v. y un
aporte de líquidos intravenosos abundante.
 Mantener una cuidadosa monitorización del paciente y continuar el
tratamiento hasta
que él esté estable y posteriormente hasta que desaparezca el riesgo de
nuevos episodios.
La prueba ideal para la determinación de la susceptibilidad a la hipertermia maligna
es la prueba de contractura a Cafeína-Halotano.

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CALOR
El calor es una cantidad de energía cinética media, que se relaciona con el
movimiento de las partículas (átomos y moléculas) que constituyen las sustancias,
de un conjunto muy grande de átomos o moléculas; sin embargo no es posible
determinar el contenido total de energía calorífica de un cuerpo, puede medirse la
cantidad que se toma o se cede al ponerlo en contacto con otro a diferente
temperatura. Esta cantidad de energía en tránsito de los cuerpos de mayor
temperatura a los de menor temperatura es precisamente lo que se entiende en
física por calor.
CAPACIDAD CALORÍFICA
Es la cantidad de calor requerida para elevar en 1ºC, la temperatura de una
determinada cantidad de sustancia. Cuanto mayor sea la capacidad calorífica
de una sustancia, mayor será la cantidad de calor entregada a ella para subir
su temperatura. Por ejemplo, no es lo mismo calentar el agua de un vaso que el
agua de toda una piscina: requerimos mayor calor para calentar el agua de toda
una piscina puesto que su capacidad calorífica es mucho mayor.
La capacidad calorífica (C) (propiedad extensiva), se expresa como "calor"
sobre "grados centígrados" .
 Tiene las siguientes unidades:
El calor específico es una propiedad intensiva, no depende de la
materia, y es un valor fijo para cada sustancia. Así, el agua tiene un valor fijo de
calor específico, el cual debemos entenderlo como la cantidad de calor que puede
absorber una sustancia: cuanto mayor sea el calor específico, mayor cantidad
de calor podrá absorber esa sustancia sin calentarse significativamente.

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TRANSFERENCIA DE CALOR
Como el calor fluye de los sistemas calientes hacia los más fríos quieres decir que
en todas partes y constantemente se está efectuando transferencia de energía
calorífica. Se conocen tres formas básicas.
1. Conducción: En este proceso la
transferencia molecular de energía térmica se
produce por contacto ya sea entre dos cuerpos
distintos o en el interior de uno so, en el cual
se ha calentado uno de los extremos. En este
último caso la cntidad de caos se tranfiere por
unidad de tiempo, es proporcional al área A de
la sección transversal y al grosor.
H = =kA
 Conductores térmicos: Son aquéllas sustancias que transmiten
rápidamente la energía térmica de un punto a otro. Por ejemplo, los
metales.
 Aislantes térmicos: Son aquéllas sustancias que transmiten
lentamente la energía térmica de un punto a otro. Ejemplos: Vidrio,
hielo, ladrillo rojo, madera, corcho, etc. Suelen ser materiales porosos o
fibrosos que contienen aire en su interior.
2. Convección: Si existe una diferencia de
temperatura en el interior de un líquido o un gas, es
casi seguro que se producirá un movimiento del fluido.
Este movimiento transfiere calor de una parte del
fluido a otra por un proceso llamado convección. El
movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si
se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por
unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas

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se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso
asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo
de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura
del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra
sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su
movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.
H = =kA
3. Radiación: Las sustancias
que intercambian calor por
radiación no tienen que estar en
contacto, sino que pueden estar
separadas por un vacío. La
radiación es un término que se
aplica genéricamente a toda
clase de fenómenos
relacionados con ondas
electromagnéticas. Algunos
fenómenos de la radiación
pueden describirse mediante la teoría de ondas, pero la única explicación
general satisfactoria de la radiación electromagnética es la teoría cuántica. La
expresión matemática de esta ley, llamada distribución de Planck, relaciona la
intensidad de la energía radiante que emite un cuerpo en una longitud de
onda determinada con la temperatura del cuerpo. Para cada temperatura y
cada longitud de onda existe un máximo de energía radiante. Sólo un cuerpo
ideal (cuerpo negro) emite radiación ajustándose exactamente a la ley de
Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor.
La contribución de todas las longitudes de onda a la energía radiante
emitida se denomina poder emisor del cuerpo, y corresponde a la cantidad de
energía emitida por unidad de superficie del cuerpo y por unidad de tiempo.
Como puede demostrarse a partir de la ley de Planck, el poder emisor de una
superficie es proporcional a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. El
factor de proporcionalidad se denomina constante de Stefan-Boltzmann
Según la ley de Planck, todas las sustancias emiten energía radiante sólo por
tener una temperatura superior al cero absoluto. Cuanto mayor es la
temperatura, mayor es la cantidad de energía emitida. Además de emitir
radiación, todas las sustancias son capaces de absorberla. Por eso, aunque
un cubito de hielo emite energía radiante de forma continua, se funde si se
ilumina con una lámpara incandescente porque absorbe una cantidad de calor
mayor de la que emite.
Generalmente, las superficies mates y rugosas absorben más calor que
las superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan más
energía radiante que las superficies mates. Además, las sustancias que
absorben mucha radiación también son buenos emisores; las que reflejan
mucha radiación y absorben poco son malos emisores. Por eso, los utensilios
de cocina suelen tener fondos mates para una buena absorción y paredes

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pulidas para una emisión mínima, con lo que maximizan la transferencia total
de calor al contenido de la cazuela.
Algunas sustancias, entre ellas muchos gases y el vidrio, son capaces
de transmitir grandes cantidades de radiación. Se observa experimentalmente
que las propiedades de absorción, reflexión y transmisión de una sustancia
dependen de la longitud de onda de la radiación incidente. El vidrio, por
ejemplo, transmite grandes cantidades de radiación ultravioleta, de baja
longitud de onda, pero es un mal transmisor de los rayos infrarrojos, de alta
longitud de onda. Una consecuencia de la distribución de Planck es que la
longitud de onda a la que un cuerpo emite la cantidad máxima de energía
radiante disminuye con la temperatura. La ley de desplazamiento de Wien,
llamada así en honor al físico alemán Wilhelm Wien, es una expresión
matemática de esta observación, y afirma que la longitud de onda que
corresponde a la máxima energía, multiplicada por la temperatura absoluta del
cuerpo, es igual a una constante, 2.878 micrómetros-Kelvin. Este hecho, junto
con las propiedades de transmisión del vidrio antes mencionadas, explica el
calentamiento de los invernaderos. La energía radiante del Sol, máxima en las
longitudes de onda visibles, se transmite a través del vidrio y entra en el
invernadero. En cambio, la energía emitida por los cuerpos del interior del
invernadero, predominantemente de longitudes de onda mayor,
correspondiente al infrarrojo, no se transmiten al exterior a través del vidrio.
Así, aunque la temperatura del aire en el exterior del invernadero sea baja, la
temperatura que hay dentro es mucho más alta porque se produce una
considerable transferencia de calor neta hacia su interior.
Además de los procesos de transmisión de calor que aumentan o
disminuyen las temperaturas de los cuerpos afectados, la transmisión de calor
también puede producir cambios de fase, como la fusión del hielo o la
ebullición del agua. En ingeniería, los procesos de transferencia de calor
suelen diseñarse de forma que aprovechen estos fenómenos. Por ejemplo, las
cápsulas espaciales que regresan a la atmósfera de la Tierra a velocidades
muy altas están dotadas de un escudo térmico que se funde de forma
controlada en un proceso llamado ablación para impedir un
sobrecalentamiento del interior de la cápsula. La mayoría del calor producido
por el rozamiento con la atmósfera se emplea en fundir el escudo térmico y no
en aumentar la temperatura de la cápsula.
H =εσAT4

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TERMODINÁMICA
1. CONCEPTO DE LATERMODINÁMICA
La energía, palabra griega que significa fuerza en acción, o capacidad
para producir trabajo, es el protagonista principal de la Termodinámica.
La “Termodinámica” es la ciencia que estudia la conversión de unas formas
de energías en otras. En su sentido etimológico, podría decirse que trata del
calor y del trabajo, pero por extensión, de todas aquellas propiedades de las
sustancias que guardan relación con el calor y el trabajo.
La Termodinámica se desarrolla a partir de Principios o Leyes:
 Principio Cero: Permite definir la temperatura como una propiedad.
 Primer Principio: Define el concepto de energía como magnitud
conservativa.
 Segundo Principio: Define la entropía como magnitud no conservativa, una
medida de la dirección de los procesos.
 Tercer Principio: Postula algunas propiedades en el cero absoluto de
temperatura.
 Cuarto Principio: Nos permite hallar la probabilidad de en un macroestado
caracterizado por una entropía “S”.
 Quinto principio: Nos permite calcular le entropía a partir del conocimiento
microscópico de los estados cuánticos del sistemas.
2. CONCEPTOS Y DEFINICIONES
o SISTEMA, PARED, ENTORNO, UNIVERSO
Sistema es una porción del universo objeto de estudio. Un sistema es
una región restringida, no necesariamente de volumen constante, ni fija en
el espacio, en donde se puede estudiar la transferencia y transmisión de
masa y energía. Se debe definir cuidadosamente.

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Pared imaginaria, lo
suficientemente alejada
para que sea adiabática e
impermeable
Las interacciones de
materia y energía entre
sistema y entorno ocurren
a través de la pared.
Universo
Pared
Sistema
Entorno
Todo sistema queda limitado por un contorno, paredes, fronteras o
límites del sistema, que pueden ser reales o imaginarios. También se
llaman superficie de control. La frontera separa el sistema del resto del
universo; esta frontera puede ser material o no. A través de la frontera
suceden los intercambios de trabajo, calor o materia entre el sistema y su
entorno.
El medio rodeante o entorno es la parte del universo próxima al
sistema y que se ve afectada en alguna medida por los procesos que
ocurren en el sistema.
El universo es todo lo accesible a nuestro experimento. Para el
termodinámico, el universo está formado por el sistema examinado y su
entorno con el que es capaz de inter- accionar en su evolución:
* Por convenio, el universo para el termodinámico es un sistema aislado.
El Universo de la cosmología (con U mayúscula) no tiene por qué
coincidir con el universo de la Termodinámica.
o TIPOS DE SISTEMAS
Los sistemas se clasifican según cómo sea la pared que los separa
del entorno. En función de sus paredes o límites, un sistema puede ser:
 Cerrado: Es una región de masa constante; se denomina masa de
control. A través de sus límites sólo se permite la transferencia de
energía, pero no de materia. La pared que rodea al sistema es
impermeable.
 Abierto: En un sistema abierto es posible la transferencia de masa y de
Universo = sistema + entorno

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energía a través de sus límites; la masa contenida en él no es
necesariamente constante. Se denomina volumen de control; la
superficie limitante, que por lo menos en parte debe ser permeable o
imaginaria, se llama superficie de control. Una pared también puede ser
semipermeable, si permite el paso sólo de algunas sustancias.
 Rígido: No permiten el cambio de volumen.
 Adiabático: Una pared adiabática es aquella que sólo permite
interacciones en forma de trabajo entre el sistema y su entorno. Una
pared diatérmica permite interacciones de energía de otras formas que
no son trabajo.
 Aislado: Un sistema aislado no puede transferir materia ni energía con
su entorno. El universo en su totalidad se puede considerar como un
sistema aislado.
o ESTADO TERMODINÁMICO
EQUILIBRIO
Estado termodinámico es una condición del sistema definida por
determinados valores de sus propiedades termodinámicas. Estados
idénticos de un sistema, presentan los mismos valores en sus propiedades,
independientemente del proceso o transformaciones que haya podido
efectuar para alcanzarlo.
Estado de Equilibrio: Un sistema está en equilibrio cuando no tiene
tendencia por sí mismo para cambiar su estado, y por tanto sus
propiedades. Para comprobar si un sistema está en equilibrio habría que
aislarlo (imaginariamente) y comprobar que no evoluciona por sí solo.
Si un sistema no posee en su interior fuerza alguna no equilibrada y las que
ejerce a través de sus fronteras(si éstas no son rígidas) se equilibran con
las del exterior que actúan sobre él, se encontrará en equilibrio mecánico;
si la temperatura es uniforme en la totalidad el sistema y es la misma que la
de su medio rodeante (cuando sus paredes sean diatérmicas) se
encontrará en equilibrio térmico; cuando la composición química de un
sistema permanece sin alteración lo tendremos en equilibrio químico; sino
hay flujo de carga eléctrica a través de sus paredes y su carga interna es
constante habrá equilibrio electrostático
o PROCESO
Un sistema experimenta un proceso, cuando se verifica un cambio de
estado. Un cambio de estado puede conseguirse por distintos procesos.
Proceso cíclico: El estado final coincide con el inicial.

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Taqui
Gas
(a) Estado inicial Estado final.
Gas
(b) Estado inicial Estado intermedio Estado final
(a) Proceso no estático de expansión de un gas. Al retirar la fijación, el
sistema deja de estar en equilibrio, y evoluciona por sí solo hasta alcanzar
un nuevo estado de equilibrio. Los estados intermedios no son de equilibrio.
(b) Proceso cusiestático de expansión de un gas. La fuerza exterior (peso
de la arena) se va reduciendo infinitesimalmente. Todos los estados
intermedios son de equilibrio.
Proceso cuasi-estático: Todos los estados intermedios del proceso son
estados de equilibrio. Este proceso realmente no existe, es ideal o teórico.
Puede aproximarse tanto más cuanto la causa o potencial dirigente del
proceso varía en cantidades cada vez más pequeñas. Entonces cada nuevo
estado producido, puede considerarse de equilibrio y viene definido por sus
coordenadas y puede aplicársele las ecuaciones que las liguen. La
representación en un diagrama vendrá dada por una curva continua.
Proceso no estático: Cuando no cumple las condiciones anteriores. Son los
procesos de igualación.
Proceso reversible: Es un proceso cuasi-estático, que puede ser llevado de
nuevo al estado inicial pasando por los mismos estados intermedios que el
proceso directo, y sin que al final, ni en el sistema ni en el medio rodeante,
quede ningún efecto residual que pueda revelar que se ha verificado el
proceso. Para que esto último suceda, no debe haber rozamientos ni
deformaciones, lo que se llaman efectos disipativos. Por último,
adelantaremos que no habrá degradación de la energía y por ello ninguna
generación o producción de entropía.
Proceso irreversible: Son los procesos reales. En ellos siempre habrá

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degradación de energía y generación de entropía. Pueden ser de dos tipos:
 Cuando se verifiquen por cambios no estáticos (procesos de igualación),
tengan o no efectos disipativos.
 Cuando haya efectos disipativos, aunque se verifiquen a través de
cambios cuasi--estáticos.
o FASE
Una fase es una parte homogénea de una mezcla. Una mezcla de
agua y hielo es bifásica. El aire seco es monofásico (gas), pero si hay
condensación (nubes) es bifásico. El granito está compuesto de tres fases
(cuarzo, mica y feldespato), que se distinguen a simple vista. Sin
embargo, generalmente es necesario emplear herramientas más
avanzadas (microscopio electrónico, difracción de rayos X, etc.), para
distinguir las diferentes fases de una mezcla.
Homogéneo no implica uniforme, pues la homogeneidad no excluye
gradientes internos de magnitudes intensivas.
o SUSTANCIA PURA
Sustancia pura es un material formado por un solo constituyente, en
oposición a una mezcla.
Sustancia pura no significa sustancia químicamente pura: sustancia
pura es la que, en el intervalo de propiedades estudiado, no se separa en
sus componentes. Por ejemplo, en procesos físicos (calentamiento o
enfriamiento, compresión o expansión)a temperatura ambiente o superior, el
aire puede considerase una sustancia pura; pero en procesos químicos
(reacciones de combustión) o a bajas temperaturas (cuando se forma aire
líquido), es necesario considerar el aire como una mezcla de sus
componentes (oxígeno, nitrógeno, etc.).
3. TEMPERATURA Y LA LEY CERO
La temperatura es una propiedad esencial en Termodinámica. Su
determinación cuantitativa (medida) se realiza con instrumentos llamados
termómetros. La Ley Cero de la Termodinámica postula que es posible medir
la temperatura, es decir, que la temperatura es una propiedad.
EQUILIBRIO TÉRMICO
La temperatura T es aquella propiedad que determina la capacidad de
un sistema para intercambiar calor. Su unidad es el kelvin(K).

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A B A B
x1
A x1
B x2
A x2
B
y1
A y1
B y2
A y2
B
Equilibrio térmico
Suponemos dos subsistemas A y B cerrados de paredes adiabáticas,
definidos respectivamente por sus variables de equilibrio x1
A,y1
A,x1
B,y1
B,
ambos independientes entre sí. Si se sustituye la pared adiabática que los
separa por otra diatérmica se observa experimentalmente que se rompe el
equilibrio existente y cada sistema varía su estado hasta alcanzar estados
de un nuevo equilibrio, que llamaremos de equilibrio térmico. Los nuevos
valores de las variables de estado que definen dicho equilibrio ya no son,
como antes, independientes, sino que están ligados por una relación
F(x2
A,y2
A,x2
B,y2
B)=0
Llamada ecuación del equilibrio térmico.
LEY CERO
Consideramos ahora tres subsistemas A, B y C, separados dos de
ellos, A y B, por una pared adiabática, y C separado de A y B por paredes
diatérmicas. Se observa experimentalmente que si, en virtud del equilibrio
térmico, A-C y B-C están en equilibrio térmico, también lo están A-B, a pesar
de no estar separados por una pared diatérmica, lo cual podría comprobarse
permutando el tipo de pared entre A-B-C . Esto equivale a decir que la
propiedad "equilibrio térmico" es transitiva, es decir:
Si dos sistemas A y B están en equilibrio térmico cada uno de ellos con
un tercero C, los sistemas A y B están en equilibrio térmico entre sí.
Esto constituye el llamado Principio Cero de la Termodinámica, por el
cual la existencia del equilibrio térmico entre dos sistemas puede verificarse
a través de un sistema intermedio llamado termómetro, sin necesidad de que
los dos sistemas estén necesariamente en contacto a través de una pared
diatérmica.

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A B A B
⇔
C C
Ley Cero de la Termodinámica
PRIMER PRINCIPIO DE LATERMODINÁMICA
El Primer Principio de la Termodinámica coincide esencialmente con el
principio de conservación de energía. Sin embargo, veremos a continuación
que la Primera Ley, tal como la postula la Termodinámica, no presupone los
conceptos de energía, trabajo y calor, sino solamente el de trabajo; a partir
de él, se deducen los conceptos de energía y de calor.
PROCESOS ADIABÁTICOS
Un proceso adiabático es aquél en el que sólo hay interacciones
entre el sistema y el entorno en forma de trabajo.
Hay procesos en que ni siquiera hay interacciones en forma de trabajo
(sistema aislado); pero lo que define un proceso adiabático es que, si hay
interacciones, sólo pueden ser en forma de trabajo.
Pared adiabática es aquella a través de la cual sólo puede haber
interacciones de trabajo. Si las paredes de un sistema son adiabáticas, sólo
puede experimentar procesos adiabáticos.
EL PRIMER PRINCIPIO
El Primer Principio se formula para procesos adiabáticos. Un
determinado cambio de estado en un sistema se puede conseguir con
procesos muy distintos, en los que –en principio– el trabajo tendrá distinto
valor según sea el camino recorrido en cada proceso. Por ejemplo, en la
figura siguiente se puede conseguir el mismo cambio de estado (aumento de
la temperatura empírica del baño) tanto con una resistencia eléctrica como
con la agitación violenta de un sistema de agitación mecánica.
Experimento desarrollado por
Joule para enunciar el Primer
Principio.

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Sin embargo, si el proceso es adiabático, se observa que el trabajo
aportado (es decir, el cambio de altura de un peso en el entorno) es siempre
el mismo, con independencia de cómo sea el proceso. Esta observación
experimental constituye el Primer Principio de la Termodinámica.
El trabajo de un sistema para cualquier proceso adiabático, entre
dos estados dados, depende solamente de los estados inicial y final, y
no del camino recorrido.
Luego si en sistemas adiabáticos el trabajo depende sólo del estado
inicial y final y no de los detalles del proceso, se puede emplear para definir
una propiedad. De este modo, el trabajo adiabático se emplea para definir
una propiedad llamada energía. Más formalmente:
La energía, E, es una propiedad cuya variación se mide por el
trabajo adiabático entre dos estados dados.
El cambio de energía en un ciclo es cero, como para cualquier
propiedad. Existe un convenio de que la energía de un sistema aumenta
cuando el trabajo es negativo, es decir, el entorno realiza trabajo sobre el
sistema:
E2– E1= ΔE= –Wadiab……………..[1]
Por tanto, puede decirse que un sistema rodeado de paredes adiabáticas
es un sistema conservativo.
PROCESOS NO ADIABÁTICOS
En procesos no adiabáticos la variación de energía, ΔE, no tiene por
qué coincidir con la entrada de trabajo (–W), y es necesario corregir la
ec.[1]para tener en cuenta otras posibles interacciones que no son trabajo.
Estas interacciones se denominan calor, Q.
De este modo, el aumento de energía de un sistema en un proceso es igual
a la suma de entradas de calor y trabajo al sistema:
E2– E1= Q + (–W) o bien ΔE= Q – W ………………….. [2]
La ec. [2] es el principio de conservación de la energía para un sistema
que experimenta interacciones con su entorno.
SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
Aunque existen abundantes modos de formular la Segunda Ley,

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emplearemos dos formulaciones basadas en máquinas térmicas, y
demostraremos que son equivalentes.
ENUNCIADO DE CLAUSIUS
Es imposible ningún dispositivo que, funcionando según un ciclo,
su único efecto sea el paso de calor de un cuerpo frío a otro más
caliente.
Es decir: es imposible la transmisión de calor de un cuerpo de menos
temperatura a otro de más temperatura sin realizar otro efecto en el entorno.
ENUNCIADODEKELVIN-PLANCK
Es imposible construir un motor que, funcionando según un ciclo,
su único efecto sea extraer calor de un foco y realizar una cantidad
equivalente de trabajo.
Es decir: es imposible una máquina cíclica que convierta íntegramente
calor en trabajo.
Algunos colorarios del principio, a veces empleados como enunciados
alternativos, serian:
“ningún proceso cíclico es tal que el sistema en el que ocurre y su entorno
puedan volver a la vez al mismo estado del que partieron”
“en un sistema aislado, ningún proceso puede ocurrir si a él se asocia una
disminución de la entropía total del sistema”
Colorario del principio, debido a Clausius.
Visualmente el segundo principio se pude expresar imaginando una
caldera de un barco de vapor. Esta no podría producir trabajo si no fuese
porque el vapor se encuentra a temperaturas y presión elevadas comparadas
con el medio que la rodea.
Matemáticamente se expresa así:
Donde S es la entropía y el símbolo de igualdad sólo existe cuando la
entropía se encuentra en su valor máximo (en equilibrio).

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ENTROPÍA EN MECÁNICA ESTADÍSTICA
La Termodinámica no ofrece ninguna interpretación física de lo que es la
entropía: simplemente la define como una función matemática que toma su máximo
valor para cada estado de equilibrio. La habitual identificación de entropía con
desorden molecular proviene de una muy simplificada interpretación de los
resultados de la mecánica estadística; en concreto, del llamado formalismo
microcanónico de la mecánica estadística. Es importante recalcar que la
termodinámica y la mecánica estadística, aunque relacionadas, son ramas
separadas de la física.
INTERPRETACIÓN MICROCANÓNICA DE LA ENTROPÍA CON BASE EN EL
SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
La ecuación fundamental de un sistema cerrado termodinámico en equilibrio
puede expresarse como:
Donde S representa la entropía del sistema –desde un punto de vista
termodinámico–, U la energía interna del sistema, y N1, N2, etc. El número de
moles de cada componente del sistema. Todas estas magnitudes son
macroscópicas, en el sentido de que son expresadas y pueden ser medidas y
calculadas sin entrar a considerar la naturaleza microscópica (esto es, de los
átomos, moléculas, etc.), que componen el sistema termodinámico.
Intuitivamente, puede parecer razonable suponer que si el sistema está en
equilibrio, entonces sus componentes más fundamentales, sus átomos y
moléculas, también lo estén. Sin embargo, un resultado fundamental de la
mecánica cuántica afirma que si el sistema es macroscópico, entonces pueden
existir multitud de estados cuánticos discretos para sus átomos y moléculas que,
globalmente, sean compatibles con los valores de U, V y N1,N2,... del sistema
macroscópico. En principio, no obstante, aunque exista esa potencial capacidad de
los componentes microscópicos del sistema para pasar de un estado cuántico a
otro, como el sistema es cerrado y está en equilibrio podría razonarse que tales
transiciones no se van a dar.
Ahora bien, en realidad no existe un sistema aislado perfecto. Por ejemplo,
aunque seamos capaces de aislar térmicamente al sistema de manera absoluta, no
podremos evitar los efectos gravitatorios que el resto del universo seguirá
ejerciendo sobre la materia que hayamos encerrado dentro; tampoco podrá aislarse
perfectamente de todos los campos electromagnéticos que lo rodeen, por muy
débiles que puedan resultar. En definitiva, el sistema podrá estar cerrado a efectos
macroscópicos, pero la acción de todo tipo de campos de fuerza (sean de

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gravedad, eléctricas,...) y la propia interacción del sistema con las paredes que lo
encierren harán que, al menos desde un punto de vista microscópico, el sistema no
esté en equilibrio: los átomos y moléculas estarán sometidos a continuas
transiciones de un estado cuántico a otro cuyas causas son, a todos los efectos,
meramente azarosas, de tantas y tan indefinidas que pueden ser.
ENTROPÍA DE VON NEUMANN EN MECÁNICA CUÁNTICA
En el siglo XIX el concepto de entropía fue aplicado a sistemas formados por
muchas partículas que se comportan clásicamente, a principios del siglo XX Von
Neumann generalizó el concepto de entropía para sistemas de partículas
cuánticas, definiendo para un estado, una mezcla caracterizado por una matriz
densidad ρ la entropía cuántica de Von Neumann como la magnitud escalar:
ENTROPÍA GENERALIZADA EN RELATIVIDAD GENERAL
El intento de extender el análisis termodinámico convencional al universo
entero, llevó a examinar a principios de los 70 el comportamiento termodinámico de
estructuras como los agujeros negros. El resultado preliminar de dicho análisis
reveló algo muy interesante, que la segunda ley tal como había sido formulada
convencionalmente para sistemas clásicos y cuánticos podría ser violada en
presencia de agujeros negros. Sin embargo, los trabajos de Jacob D. Bekenstein
sobre teoría de la información y agujeros negros sugirieron que la segunda ley
seguiría siendo válida si se introducía una entropía generalizada (Sgen) que sumara
a la entropía convencional (Sconv), la entropía atribuible a los agujeros negros que
depende del área total (A) de agujeros negros en el universo. Concretamente esta
entropía generalizada debe definirse como:
Donde, k es la constante de Boltzmann, c es la velocidad de la luz, G es la
constante de gravitación universal y es la constante de Planck racionalizada.
TERCER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
El tercer principio de la termodinámica o tercera ley de la termodinámica
afirma que no se puede alcanzar el cero absoluto en un número finito de etapas.
Sucintamente, puede definirse como:

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Al llegar al cero absoluto, 0 K, cualquier proceso de un sistema físico se
detiene.
Al llegar al cero absoluto la entropía alcanza un valor mínimo y constante.
En términos simples, la tercera ley indica que la entropía de una sustancia
pura y cristalina en el cero absoluto es nula. Por consiguiente, la tercera ley
provee de un punto de referencia absoluto para la determinación de la entropía.
La entropía relativa a este punto es la entropía absoluta.
Un caso especial se produce en los sistemas con un único estado
fundamental, como una estructura cristalina. La entropía de un cristal perfecto
definida por el teorema de Nernst es cero (dado que él). Sin embargo, esto
desestima el hecho de que los cristales reales deben crecer en una temperatura
finita y poseer una concentración de equilibrio por defecto. Cuando se enfrían
generalmente son incapaces de alcanzar la perfección completa. Esto, por
supuesto, se mantiene en la línea de que la entropía tiende siempre a aumentar
dado que ningún proceso real es reversible.
Otra aplicación de la tercera ley es con respecto al momento magnético
de un material. Los metales paramagnéticos (con un momento aleatorio) se
ordenarán a medida de que la temperatura se acerque a 0 K. Se podrían ordenar
de manera ferromagnética (todos los momentos paralelos los unos a los otros) o
de manera antiferromagnética.
CUARTO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
La mecánica estadística considera que un sistema macroscópico realiza
transiciones enormemente rápidas y totalmente aleatorias entre los distintos
estados cuánticos que sean posibles, de manera que las medidas macroscópicas
de parámetros tales como la temperatura, la energía, incluso el volumen,... son en
realidad la media de las miríadas de estados cuánticos o microscópicos. Y como
dichas transiciones están producidas por procesos esencialmente aleatorios, se
acepta como principio que un sistema macroscópico visita todos los estados
microscópicos permisibles con igual probabilidad. A dichos estados microscópicos
permisibles se les llama microestados.
Para cada estado macroscópico de equilibrio, el número de microestados
permitidos es uno determinado por las leyes de la física. Por ejemplo, si un sistema
macroscópico tiene por energía 1000 julios, es absurdo suponer que un
microestado de dicho sistema pueda tener más de 1000 julios de energía.
Si se considera un estado de equilibrio macroscópico, según el segundo
principio de la termodinámica éste vendrá totalmente definido por los valores de las

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variables termodinámicas U, V, N1, N2, etc. para los que la entropía S toma su
máximo valor entre todos los posibles. Supongamos que tenemos un sistema
termodinámico en equilibrio que viene definido por una limitación fundamental: no
se permite que el sistema tenga un volumen mayor que uno concreto, y la cantidad
de materia del sistema es la que se haya dado al comienzo. Por ejemplo, gas en
una bombona de gas: no puede tener un volumen mayor que el de la bombona, ni
puede haber más cantidad de gas que la que se ha colocado dentro. Atendiendo a
esa limitación de volumen y masa, el sistema adquirirá los valores de U tales que
maximicen la entropía, y entonces habrá alcanzado el equilibrio macroscópico.
Asociado a ese estado macroscópico de equilibrio, tenemos el de los microestados:
las moléculas del sistema podrán presentar transiciones aleatorias entre distintos
microestados dentro de los límites impuestos por el propio sistema. No podrán, por
ejemplo, desplazarse más allá de las barreras del sistema, ni podrán vibrar con una
energía mayor que la energía total del sistema macroscópico, etc. Esto es,
asociado al equilibrio macroscópcio, la probabilidad de hallarlo en un macroestado
caracterizado por una entropía S viene dado por:
QUINTO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA
Desde el punto de vista microscópico, ocurre que ahora el número de
microestados que son compatibles con los límites del sistema ha aumentado. En
efecto, seguiremos teniendo los mismos de antes, pero a estos se les suman otros
nuevos. Por ejemplo, ahora un átomo podrá moverse no ya dentro del volumen
anterior, sino también dentro de todo el nuevo volumen.
Así, a la vez que la entropía aumenta se produce un incremento del número
de microestados posibles. Esto sugiere que la entropía puede identificarse con el
número de microestados consistentes con las limitaciones macroscópicas
impuestas sobre el sistema. Siendo los microestados producto del azar, y siendo la
probabilidad de que cada uno de ellos se dé la misma, es natural identificar por
tanto entropía con desorden microscópico.
Existe un único problema: según la termodinámica, la entropía es aditiva.
Esto es, la entropía de dos sistemas iguales es el doble que la entropía individual
de cada uno de ellos. Sin embargo, el número de microestados posibles es
multiplicativo. Esto es, el número de microestados de dos sistemas es el producto
del número de microestados de cada uno de ellos. Por ejemplo, el número de
"microestados" de dos dados, si el de cada uno de ellos es 6 (cada cara del dado
es un microestado posible), es 6x6=36 microestados (tener un "1" en el primero, un

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"3" en el segundo; un "2" en el primero, un "5" en el segundo, etc). Para interpretar
la entropía necesitaremos conseguir que el número de microestados cumpla una
regla aditiva.
La única solución a esto es identificar la entropía con el logaritmo del número
de microestados posibles. Llamando Ω al número de microestados y S a la
entropía, podremos escribir que:
Donde kB es la constante de Boltzmann, y aparece sencillamente para determinar
la escala de la entropía, que suele darse como energía por grado de temperatura
(J/K), aunque según esta interpretación podría carecer de unidades.
TERMODINÁMICA DEL METABOLISMO
Se puede definir el metabolismo como el conjunto de cambios físicos y
químicos que se producen dentro del cuerpo humano y que proporcionan energía
adecuada para los procesos vitales y para la síntesis de nuevos materiales, a la
vez permite al organismo crecer y funcionar de manera adecuada. El metabolismo
comienza después de la absorción de nutrientes tras los diferentes procesos
digestivos a los que son sometidos los alimentos. A partir de este momento, se
produce una serie de cambios químicos y físicos en estos nutrientes que los
transforman en energía para la construcción del propio organismo.
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA
A partir de la primera ley de la termodinámica uno puede escribir:
∆U/∆t=∆Q/∆t-∆W/∆t
La ecuación anterior aplicada al cuerpo humano implica la producción interna
de energía por unidad de tiempo, basada en el metabolismo, que es el
término U/t, la pérdida o ganancia de calor por unidad de tiempo, dado por Q/t, y
la consideración del trabajo realizado por unidad de tiempo, W/t. En todos los
casos se trata entonces de valores de energía dividido por tiempo, o sea, potencia
(en Watt).
Es sabido que una forma de conocer el aporte energético de los alimentos es
midiendo directamente cuánto calor liberan en un proceso de combustión. Ello
permite asignar tasas de producción, en kJ/g, por ejemplo, a los diferentes tipos de
alimentos.

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TASA METABÓLICA BASAL (TMB)
La tasa metabólica basal es la energía necesaria para mantener la vida
(respiración, mantener la temperatura corporal, etc.). Esta tasa no es la misma para
todas las personas, y depende de varios factores:
 Tamaño corporal. A mayor tamaño corporal mayor superficie y mayor
pérdida de temperatura. Mas adelante veremos como se calcula la superficie
corporal para determinar el gasto energético total.
 Composición corporal. La tasa metabólica basal depende en gran medida de
este factor. Depende principalmente de la masa libre de grasa.
 Edad. La tasa metabólica basal es mayor durante el periodo de crecimiento.
A partir de los 30 años disminuye un 0.4% anual.
 Sexo. Debido a la composición corporal la tasa metabólica basal es superior
en hombres que en mujeres. La proporción de masa muscular respecto a la
grasa es superior en el género masculino, lo que requiere un mayor gasto de
mantenimiento.
 Temperatura. Las personas que viven expuestas a calor tienen que hacer un
ajuste de la tasa metabólica: 0.5% del requerimiento energético por cada
grado que supere los 30ºC.
Hay varias formulas para el calculo de la tasa metabólica basal, pero la mas
acertada es el método Mifflin-St Jeor. Estas son las ecuaciones:
Formula para el calculo de la Tasa metabólica basal (TMB)
Hombre TMB = 10×Peso + 6.25×Altura - 5×Edad + 5
Mujer TMB = 10×Peso + 6.25×Altura - 5×Edad - 161
El peso debe ir en Kilogramos, la altura en centímetros y la edad en años.
Esta variable es la que mas podemos modificar voluntariamente. Resulta obvio que
los requerimientos energéticos están en función de la actividad física que
realicemos. Cuanto mayor sea el esfuerzo para realizar nuestra actividad diaria
mas calorías consumiremos. Por lo tanto el resultado de esta ecuación debe
multiplicarse por un factor, que se correspondería al nivel de actividad física
realizada.
ACTIVIDAD FÍSICA
El factor por el que debemos multiplicar el metabolismo basal, en función de la
actividad física que realicemos es el siguiente:

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Factor actividad física para el calculo de la tasa metabólica basal
Tipo de actividad Coeficiente Kcal./hora Ejemplos
Reposo TMB x 1 65 Durmiendo, acostado
Muy ligera TMB x 1,5 98
Sentado o de pie (actividades
ligeras como cocinar, navegar
por Internet, trabajo de oficina,
etc.)
Ligera TMB x 2,5 163
Caminar en llano a 4-5 Km./h,
trabajar en un taller, jugar al
golf, camareras, etc.
Moderada TMB x 5 325
Marchar a 6 Km./h, jardinería,
bicicleta a 18 Km./h, tenis,
baile, etc.
Intensa TMB x 7 455
Correr a 12 Km./h, jugar al
fútbol o al rugby, escalada,
etc.
Muy pesada TMB x 15 1000
Subir escaleras a toda
velocidad o atletismo de alta
competición
OBTENCION DEL RENDIMIENTO DE LOS ALIMENTOS
El rendimiento de los seres humanos al utilizar la energía química de los alimentos
para realizar trabajo útil puede definirse como la tasa de trabajo mecánico sobre la
tasa metabólica real durante la actividad menos la tasa metabólica basal
multiplicado por un cien porciento:
| |

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BIOENERGÉTICA
Es la parte dela biología muy relacionada con la física, que se encarga del
estudio de las transformaciones de energía que tienen lugar en la célula, y de la
naturaleza y función de los procesos químicos en los que se basan esas
transformaciones, las cuales siguen las leyes de la termodinámica, en particular
con el tema de la Energía Libre de Gibbs.
Organismos Autótrofos: Son aquellos que pueden utilizar el CO2 como fuente de
carbono (bacterias, vegetales)
Organismos Heterótrofos: obtienen carbono de moléculas orgánicas complejas.
(Animales, microorganismos
Metabolismo: es el conjunto de procesos químicos que se efectúan en el
protoplasma, los cuales se acompañan de liberación de energía, es decir, es la
suma de todas las reacciones químicas que ocurren en la célula. Tiene lugar en
una serie de reacciones catalizadas, llamadas “rutas metabólicas”.
FUNCIONES ESPECÍFICAS:
 Obtener energía química de los nutrientes
 Transformar las moléculas de los nutrientes en unidades precursoras de
macromoléculas en la célula
 Unir o ensamblar sillares de proteínas, ácidos nucleicos y lípidos,
polisacáridos y otros componentes celulares.
 Sintetizar y degradar biomoléculas con funciones especializadas.
El metabolismo comprende dos fases:

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 Catabolismo: es la fase degradadora. Las moléculas nutrientes se
convierten en otras más pequeñas y simples.
 Anabolismo: moléculas pequeñas reaccionan para convertirse en otras
más grandes y complejas.
o Las células necesitan de energía
para poder realizar sus
actividades de desarrollo,
crecimiento, renovación de sus
estructuras, síntesis de
moléculas, etc.
o La energía química que utiliza
una célula animal para realizar
trabajo proviene principalmente
de la oxidación de sustancias
incorporadas como alimentos.
(carbohidratos, grasas)
o Al producirse una transformación
química, generalmente se
rompen enlaces y el contenido de
energía de las moléculas
aumenta o disminuye. (ΔG
aumenta o disminuye)
o La “moneda” de intercambio de
Energía en los procesos
biológicos es el ATP
o Las oxidaciones se efectúan por
adición de O, por pérdida de H o
por otra reacción que resulte en
la pérdida de electrones.
o La reducción, por el contrario, implica ganancia de electrones.
o NADH y FADH2 son los principales transportadores de electrones, ya que
sufren oxidaciones y/o reducciones reversibles.
o Sus reducciones, permiten la conservación de la Energía Libre que se
produce en la oxidación de los sustratos
REACCIONES DE OXIDO-REDUCCIÓN
 Cuando un átomo o molécula gana electrones, se dice que se ha reducido, si
pierde electrones se dice que se ha oxidado.
 Las reacciones de oxido-reducción, están acopladas porque para que un
átomo se oxide necesita donar sus electrones a otro átomo que se reduzca.
El átomo que dona electrones a otro es conocido como reductor y el que
acepta electrones de otro es un oxidante.

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 El término oxidación no implica la participación del oxígeno en la reacción.
 Las reacciones de oxido-reducción en las células, implican la transferencia
de átomos de hidrógeno en lugar de electrones libres. Dado que un átomo de
hidrógeno contiene un electrón (y un protón en el núcleo) una molécula que
pierde oxígeno se oxida y una molécula que gana hidrógeno se reduce.
METABOLISMO OXIDATIVO
Transferencia de equivalentes de reducción durante el catabolismo y el
anabolismo utilizando NADPH y NADP+
.
RELACIONES TERMODINÁMICAS
 Las células vivas son capaces de realizar la conversión de distintas formas
de energía y pueden intercambiar energía con su entorno.

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Algunas definiciones:
 ENTALPÍA (ΔH):Es la energía en forma de calor, liberada o consumida en un
sistema a, Temperatura y Presión constantes.
 ENTROPÍA (ΔS):Energía no degradada, no utilizada para realizar trabajo.
 ENERGÍA LIBRE (ΔG):Energía disponible para realizar trabajo. Es Energía
contenida en las moléculas. Representa la energía intercambiada en una
reacción química
PRINCIPIOS DE LA TERMODINÁMICA
 PRIMER PRINCIPIO:
“LA ENERGÍA TOTAL DEL UNIVERSO PERMANECE
CONSTANTE”
Aunque la energía se puede convertir de una forma a otra, la energía total del
sistema ha de permanecer constante.
 SEGUNDO PRINCIPIO:
“LA ENTROPÍA DEL UNIVERSO AUMENTA”
Equivale a decir que el grado de desorden en el universo aumenta
ENERGIA LIBRE
Es la parte de la energía total del sistema que esta disponible para realizar trabajo
útil.

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CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE EN LAS REACCIONES QUÍMICAS
 Medir el contenido de energía de un sistema es muy difícil, generalmente
medimos el cambio de energía entre dos estados.
 La variación de energía (ΔG) para ir de A hacia B es:
ΔGBA = GB - GA
Para ir de B hacia A:
ΔGAB = GA – GB = - ΔGBA
Matemáticamente:
ΔG = ΔH –TΔS
 Las reacciones cuya ΔG es positivo no transcurren espontáneamente.
 Las reacciones cuyo ΔG es negativo son las que se producen
espontáneamente.
 Si ΔG = 0 la reacción se encuentra en equilibrio químico.
 Hay una relación entre ΔG y la constante de equilibrio:
[
[ ][ ]
[ ][ ]
]
Si ΔG = 0 (en el equilibrio): ΔG0
= -RT LnKeq
 ΔGo
es la variación de Energía Libre en condiciones estándar (TO
= 298O
K, [ ]
= 1M,P = 1atm)
 ΔGo
’ es la variación de energía libre estándar a un pH próximo al fisiológico
(pH = 7)
 R = 1,987 cal/mol grado
¿LOS ORGANISMOS VIVOS OBEDECEN A LAS LEYES DE LA FÍSICA Y LA
QUÍMICA?
La paradoja que se plantea es la siguiente: según la física (termodinámica),
la naturaleza tiende hacia el desorden, y luego hacia la homogeneidad. En
cambio, los sistemas biológicos tienden hacia el orden y hacia la estructuración.
Esta paradoja es solo aparente. En primer lugar, los sistemas biológicos no
son sistemas aislados, sino, que intercambian energía y materia con el mundo
exterior: comen, respiran, excretan, etc. Un sistema biológico muere después de
A B
1
2

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ser aislado. Esto demuestra que la versión o formulación de la segunda ley que
hay que aplicar a los sistemas biológicos no es la de los sistemas aislados, sino, la
de los sistemas no aislados. En este caso puede disminuir la entropía del sistema
con la condición de que la del ambiente aumente. Según esto, no hay paradoja y
el comportamiento biológico es compatible con la segunda ley.
Los sistemas vivos no están en equilibrio, sino, fuera de equilibrio. Un
sistema en equilibrio es un sistema “muerto”. Por esta razón es muy importante la
consideración de los aspectos de no equilibrio en el estudio termodinámico de los
seres vivos. Además, cuando los sistemas se alejan suficientemente del equilibrio
aparece una estructuración.
Los sistemas biológicos son sistemas
abiertos, y por ello cumple con las
leyes la termodinámica
Esto es lo que pasaría si los sistemas
biológicos son sistemas aislados,
simplemente seria un sistema
“muerto”

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34
QUEMADURAS
DESCRIPCIÓN:
Las quemaduras se producen por acción térmica, química, eléctrica o por
radiaciones sobre el organismo que ocasionan grados variables de destrucción en
el punto de contacto. Las quemaduras eléctricas también producen lesiones
internas debidas al paso de corriente eléctrica en el interior del organismo.
Las quemaduras provocan lesiones de diversa entidad dependiendo dela
temperatura y las características del agente responsable, asi como del tiempo de
exposición y la zona afectada. Para clasificar las lesiones se toma en
consideración su profundidad y las consecuencias que deparan distinguiéndose
tres tipos de quemaduras.
 LAS QUEMADURAS DE PRIMER GRADO: Solamente afecta la epidermis,
provocando una vasodilatación capilar y arteriolar que da lugar al
enrojecimiento cutáneo y un discreto grado de edema. En la zona afectada se
percibe dolor, que se intensifica ante todo contacto. El epitelio se descama en
el curso de uno o dos días, y al cabo de tres o cuatro días la lesión se cura por
completo, sin dejar cicatriz. No hay reacción general a menos que sea muy
extensa, en cuyo caso se puede presentar nauseas, vómitos, fiebre.

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 LAS QUEMADURAS DE SEGUNDO GRADO: afectan la epidermis y parte de
la dermis, dando lugar a un aumento de al permeabilidad vascular y la
consiguiente extravasación de los elementos sanguíneos y plasma, por lo que
suelen desarrollarse ampollas que, al romperse, dejan al descubierto un lecho
enrojecido y húmedo. Al cabo de unos días se forma una costra, que
posteriormente, tiende a desprenderse espontáneamente. Las lesiones son
dolorosas y se blanquean al aplicar presión. La recuperación depende de la
profundidad del daño: si solo se afecta la parte superficial de la dermis, el
epitelio se regenera totalmente en el plazo de dos semanas, sin dejar cicatriz;
en cambio si la afectación de la dermis es profunda, el periodo de
recuperación es más prolongado y es posible que queden cicatrices.
 LAS QUEMADURAS DE TERCER GRADO: Afectan todo el espesor de la piel,
alcanzando la hipodermis y, a veces, incluso los tejidos subyacentes. Se
presentan como zonas secas, de consistencia de cuero y un color blancuzco
que tienden a oscurecerse cuando forman una escara. La curación de las
lesiones es dificultosa y siempre da lugar a cicatriz; a veces, según la
extensión de la quemadura, no es posible que se produzca una regeneración
cutánea completa de manera espontanea, siendo necesario recurrir a un
injerto de piel.

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OBSERVACIONES:
 La aparición de estridor, afonía, sibilancia inspiratoria y dificultad en la
respiración indican un edema del tracto respiratorio. Se puede presentar en
cualquier momento durante las primeras 24 horas tras la inhalación del humo,
y puede ser que requiera intubación traqueal (se controlaran con detenimiento
los gases arteriales de la sangre). La alteración del nivel de conciencia del
paciente es un índice de hipoxia. En los niños, la inquietud es a menudo una
respuesta a la hipoxia.
 El edema importante y generalizado esta producido por la salida de plasma
desde los capilares al espacio intersticial en las quemaduras de segundo y
tercer grado. Se conoce como “shock del quemado” y se observa durante las
primeras 48 horas siguientes a una lesión por quemaduras, pero su mayor
incidencia es durante las primeras 8 a 12 horas.
 Se debe controlar el volumen y color de la orina. El flujo de orina tras la lesión
debe mantenerse entre 30 y 60 ml por hora en los adultos, y en los niños de
0,5 a 1 ml/kg de peso corporal. La orina roja o hematúrica puede indicar que
existen hemocromógenos, que pueden causar una insuficiencia renal.
 Puede haber trastornos cardiacos en las quemaduras eléctricas como
consecuencia del paso de la corriente a través de l corazón, así como
trastornos electrolíticos. Deben monitorizarse bien los niveles de sodio y
potasio. Los niveles iniciales suelen retrogradar durante las primeras 48 horas
siguientes a la lesión; en los pacientes que toman digital puede producirse
intoxicación digitálica.
 Se puede observar un efecto de torniquete en las manos y pies como
consecuencia de quemaduras circunferenciales de todo el espesor de estas
extremidades. Se deben explorar los pulsos periféricos cada hora con un
aparato de ecografía-Doppler. Si no se logra detectar el pulso, avísese de
inmediato al facultativo.
 Puede haber dificultad en la respiración ocasionada por una limitación de los
movimientos respiratorios producida por quemaduras torácicas
circunferenciales. Debe avisarse al medico de inmediato.
 En una quemadura de una parte del espesor dérmico hay un color severo,
pero en las quemaduras de todo el espesor con frecuencia al principio no hay
dolor, debido a que se lesiona las terminaciones nerviosas.
 Cuando una quemadura de segundo grado o de tercer grado afecta a más del
20% de la superficie del cuerpo, debe valorarse si existe un íleo paralitico.
Investíguese la presencia de ruidos intestinales cada dos horas.

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 En los pacientes quemados puede haber una hemorragia digestiva como
consecuencia de úlceras de estrés (úlcera de Curling), una forma de gastritis
aguda hemorrágica que se produce en pacientes quemados. Se deben
examinar las heces y el aspirado nasogástrico en busca de sangre oculta.
 La sepsis por quemadura se manifiesta con escalofríos, alteración del nivel de
conciencia y fiebre alta, o bien con una temperatura anormalmente baja. La
sepsis es la causa más importante de muerte en los pacientes con
quemaduras después de las 72 horas.
 La infección de la herida se evidencia por un eritema que rodea el área
quemada, en cambio en el coloro en el dolor de la herida, aumento del drenaje
y cambios en la temperatura.
 Una causa frecuente de insuficiencia respiratoria en los pacientes pediátricos
quemados es la neumonía bacteriana.
 Las quemaduras eléctricas suelen tener dos puntos externos, uno de entrada
y otro de salida del organismo. El área dela lesión en la superficie suele ser
inferior a la de la lesión interna. Tras las quemaduras eléctricas puede haber
hemorragias internas y fracturas. La gravedad de la lesión que se produce en
los órganos internos o en los músculos puede requerir una intervención de
inmediata.
 Los niveles de glucosa en sangre y orina pueden estar elevados sin q ue
exista historial de diabetes, como respuesta del organismo al estrés. El
paciente puede necesitar administración de insulina durante un corto espacio
de tiempo. En cambio, los niños pequeños pueden presentar hipoglucemia en
la fase de recuperación si no se llega al nivel de las necesidades aumentadas
de su metabolismo corporal.
 No es raro que en los pacientes pediátricos quemados se produzca
hipertensión, que debe controlarse con medicación hipotensora adecuada.
TRATAMIENTO
 Se debe iniciar de inmediato la administración de líquidos EV para sustituir la
perdida de volumen circulante y de electrolitos. Al principio, la solución de
elección es el lactato de Ringer. Se requiere una vena bastante ancha y una
aguja de gran calibre parta poder perfundir un volumen elevado. Los factores
mas importantes que determinan el tipo, cantidad y velocidad de perfusión de
líquidos EV son el volumen, el pH y la gravedad especifica de la orina. Es
imprescindible que se conecte una sonda vesical a una bolsa de drenaje
equipada para medir la orina cada hora. Mientras se administran los
importantes volúmenes de solución EV que necesitan muchos de los
pacientes que presentan quemaduras graves puede ser preciso instaurar un
catéter de presión venosa central, o un catéter arterial pulmonar para valorar
el estado del corazón y evitar la hipovolemia o el exceso de líquidos.

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 El oxigeno se administra con tiendas o mediante mascarillas faciales con
humedad alta, para aumentar la humedad en el tracto respiratorio, sobre todo
cuando hay pelos de la nariz chamuscados u hollín alrededor de la boca,
siendo esto indicativo de que se ha inhalado humo.
 Las extremidades superiores que tengan lesiones por quemaduras se elevan
por encima del nivel del corazón para evitar que aparezca un edema grave.
 En el momento del ingreso se hace un cultivo de sangre, orina, esputo y de la
quemadura (después de lavarla), y posteriormente cada dos o tres días, para
identificar y combatir los microorganismos patógenos. Se puede hacer una
incisión quirúrgica en el tejido quemado (escarotomía) para disminuir la
constricción que afecte la circulación o la respiración.
 Se puede insertar una sonda nasogástrica para evitar la distensión gástrica, ya
que a menudo el peristaltismo se enlentece o se detiene después de
quemaduras graves. Es frecuente que se produzca un íleo paralítico. Se
pueden administrar antiácidos cada una o dos horas para prevenir que se
produzcan úlceras de estrés, dependiendo del pH gástrico y de si existe o no
sangre oculta.
 El área quemada se lava mediante una técnica aséptica con suero fisiológico
estéril o bien con agua caliente mezclada con algún jabón quirúrgico estándar
o con un agente antimicrobiano (povidona yodada), y posteriormente se
enjuaga con suero salino estéril o con agua caliente. Pueden aplicarse
pomadas o cremas antibióticas bajo prescripción médica, ya sea directamente
para cubrir la zona (utilizando guantes estériles) o bien impregnado una gasa
con la crema o pomada y posteriormente pasándola por la lesión. Se pueden
emplear también gasas empapadas en la solución que indique el médico
(solución de nitrato de plata), humedeciéndolas con frecuencia. En aquellas
quemaduras en que los tendones, huesos o cartílagos quedan expuestos, es
muy importante colocar gasas húmedas.
 Se emplean gasas húmedas y secas para ayudar a eliminar la escara (tejido
quemado).
 Infórmese de las posibles reacciones locales o sistémicas ante los
medicamentos tópicos.

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BIBLIOGRAFÍA:
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VIDA Y LA SALUD. CONCYTEC. TRUJILLO- PERÚ
 ENCICLOPEDIA ESTUDIANTIL LEXUS
 W.H. FREEMAN AND COMPANY. 2008 LEHNINGER PRINCIPLES OF
BIOCHEMISTRY,FIFTH EDITION
 WWW.WIKIPEDIA.COM
 Brom. Maria del Pilar Cornejo. CATEDRA DE BIOQUIMICA
 M. J. MORAN y H.N. SHAPIRO, Fundamentos de Termodinámica Técnica,
Barcelona, Reverté, 1993, pp. 191–224.
 J. M. SEGURA,Termodinámica Técnica, Madrid, AC, 1980, pp. 192–226.
 K.WARK,Termodinámica(5ªed.),Mexico,McGraw-Hill,1991,pp.205–24,307–312.
 W. MONCADA SOSA , Introducción a la Biofísica, 2012, pp 79-90

Página
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HIPERTERMIA MALIGNA
En personas predispuestas genéticamente y expuestas a:

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Termodinámica

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