Caloy y temperatura a b-c

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CAJAMARCA SEDE CHOTA
BIOFISICA
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Mg. Lic. Fís. Elmer Walmer Vásquez Bustamante
CALOR Y TEMPERATURA
A menudo se piensa que calor y temperatura son lo mismo. Sin embargo este no es
el caso. El calor y la temperatura están relacionadas entre sí, pero son conceptos diferentes.
El calor es la energía total del movimiento molecular en una sustancia, mientras
temperatura es una medida de la energía molecular media. El calor depende de la velocidad
de las partículas, su número, su tamaño y su tipo. La temperatura no depende del tamaño,
del número o del tipo. Por ejemplo, la temperatura de un vaso pequeño de agua puede ser la
misma que la temperatura de un cubo de agua, pero el cubo tiene más calor porque tiene más
agua y por lo tanto más energía térmica total.
El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor,
la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye. Las temperaturas más
altas tienen lugar cuando las moléculas se están moviendo, vibrando y rotando con mayor
energía. En los sólidos sus partículas vibran continuamente alrededor de su posición de
equilibrio; en los líquidos se mueven con libertad, aunque confinadas a un determinado
volumen; en los gases se mueven con libertad, ocupando todo el espacio disponible.
Llamaremos energía térmica a la suma de las energías de todas las partículas que
componen un cuerpo.
Si tomamos dos objetos que tienen la misma temperatura y los ponemos en contacto,
no habrá transferencia de energía entre ellos porque la energía media de las partículas en
cada objeto es la misma. Pero si la temperatura de uno de los objetos es más alta que la otra,
habrá una transferencia de energía del objeto más caliente al objeto más frío hasta que los
dos objetos alcancen la misma temperatura. Así, la temperatura es el valor medio de la
energía cinética de estas partículas.
La temperatura no es energía sino una medida de ella, sin embargo el calor sí es
energía, la cual es ganada o perdida en estos procesos.
Cuando dos sistemas, a temperaturas diferentes, se ponen en contacto, la temperatura
final que ambos alcanzan tiene un valor intermedio entre las dos temperaturas iniciales. Ha
habido una diferencia de temperatura en estos sistemas. Uno de ellos ha perdido "calor" (su
variación de temperatura es menor que cero ya que la temperatura final es menor que la
inicial) y el otro ha ganado "calor" (su variación de temperatura es positiva). La cantidad de
calor (cedida uno al otro) puede medirse, es una magnitud escalar que suele ser representada

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mediante la letra Q. Las unidades para medir el calor son la caloría, kilo caloría (1000 cal),
etc.
ESCALAS DE TEMPERATURA
CONCEPTO DE TEMPERATURA
Es una magnitud física escalar que mide el grado de agitación molecular de un
cuerpo. En un objeto caliente las partículas se mueven más rápidamente por que ellas tienen
mayor energía cinética molecular.
 EL TERMÓMETRO.- Es aquel instrumento que sirve para medir la temperatura
mostrando la expansión y la contracción de un líquido como el mercurio o alcohol teñido
que se encuentra en un tubo de vidrio provisto de una escala.
Los diferentes termómetros que existen se basaron en ideas con apariencia distinta,
al usar diferentes puntos de partida en sus mediciones, pero como todos miden agitación
térmica de las moléculas, lo único que cambia es la escala empleada por cada uno de sus
inventores.
Escala Térmica:
Las escalas térmicas 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.
 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 de
hielo (32 °F) y como referencia superior el punto de ebullición del agua (212 ºF)
Si te calientas en una fría noche
de invierno estas incrementando la
energía cinética molecular de tu
cuerpo.
¡OH!La temperatura no depende del
número de partículas de un cuerpo
es decir no depende de la masa, en
cambio, la energía térmica sí.

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 Escala Celsius: Fue creada en 1742 por Andrés Celsius, es la más utilizada en el mundo,
su referencia inferior está basada en el punto de fusión del hielo (0 ºC) y la superior en el
punto de ebullición del agua (100 ºC). Entre estas dos referencias existen 100 divisiones.
Para convertir de grado centígrado a Fahrenheit o viceversa, se utiliza esta fórmula:
𝐹 =
9
5
. 𝐶 + 32
 Escala Kelvin: Fue creada en 1848 por William Thomson, Lord Kelvin. Ésta 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 Absoluto (0 K).
𝐾 = 𝐶 + 273
Si queremos realizar las conversiones de una escala a otra debemos tener presente en
el punto triple, punto en que el agua se congela en las tres escalas.
 CERO ABSOLUTO.- Es el estado hipotético en el que las moléculas de un cuerpo dejan
de vibrar. En la práctica la temperatura más baja que se ha conseguido es de 10-6
K
Realizando los cálculos de proporcionalidad se llega a la siguiente ecuación:
°𝐶 − 0
5
=
𝐾 − 273
5
=
°𝐹 − 32
9
=
𝑅 − 492
9
Para las variaciones de temperaturas, utilizaremos la siguiente ecuación:
∆°𝐶
5
=
∆𝐾
5
=
∆°𝐹
9
=
∆𝑅
9

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CONCEPTOS CLAVES
 Calor: energía transferida entre dos cuerpos o sistemas, se puede asociar al movimiento
de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. Se simboliza como Q
y su unidad de medida en SI es Joule. Esto hace necesario distinguir entre el concepto de
temperatura y cantidad de calor. Es natural suponer de que el cuerpo que produjo el mayor
aumento de temperatura es el que "tenía" mayor cantidad de calor. La unidad clásica para
medir la cantidad de calor es la caloría. Como esta es una unidad no muy grande, se
emplea a menudo la kilocaloría. Esta se define como:
La unidad de calor es la cantidad de calor necesaria para variar la temperatura de la
unidad de masa de agua en 1ºC en torno a los 15ºC
Por ejemplo: 1 kcal es la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de
1 kg de agua de 14,5 a 15,5ºC
En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la unidad de calor es la misma de
energía, es decir el Joule. Se tiene la siguiente equivalencia entre Joules y Calorías:
1 caloría = 4,186 Joule 1 kcal = 4,186 kJ
 Trabajo: Fuerza que actúa sobre un objeto para causar un desplazamiento.
 Calor específico: Se define como la capacidad calorífica de una sustancia, es decir: la
cantidad de calor necesaria para calentar una unidad de masa o peso elevando su
temperatura en 1ºC. Como su nombre lo indica, es una propiedad específica (particular)
de cada sustancia.
La unidades del calor específico se expresan en cal/g.°C, Kcal/kg.°C y BTU/lb.°F. El
calor específico del cuerpo humano es 0,83 Kcal/kg.°C.
 Capacidad calorífica: Se define así a la cantidad de calor que se requiere para elevar la
temperatura de la masa de un cuerpo completo en 1º de temperatura (comúnmente es el
grado Centígrado o Celsius)
Capacidad calorífica = m . Ce
 Cantidad de calor: Se define como la variación energética que acompaña a un traslado
de calor señalado por la temperatura:
Q = m . Ce . (Tf – Ti)

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donde: Q = Cantidad de calor
m = masa
Ce = Calor específico
Tf = Temperatura final
Ti = Temperatura inicial
La unidades del calor son: caloría (cal), kilocaloría (kcal) y el BTU
 Equilibrio Térmico: Se dice que los cuerpos en contacto térmico se encuentran en
equilibrio térmico cuando no existe flujo de calor de uno hacia el otro.
Si dos cuerpos a diferentes temperaturas se ponen en contacto, al cabo de cierto
tiempo ellos adquirirán una temperatura de equilibrio, cuyo
valor estará comprendido entre la alta y la baja. Este
comportamiento de la temperatura de los cuerpos es
conocido como “Ley Cero de la Termodinámica”.
𝑇𝐵 ≤ 𝑇𝐸 ≤ 𝑇𝐴
FORMAS DE TRANSFERIR EL CALOR
El calor se transfiere por la diferencia de temperatura entre dos partes adyacentes de
un cuerpo. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos
tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos
predomine sobre los otros dos.
El hecho de que el calor fluya de los cuerpos calientes hacia los más fríos significa
que se está efectuando en todas partes y constantemente transferencia de calor. El cuerpo
humano intercambia calor con el medio ambiente mediante cuatro formas básicas:
conducción, convección, radiación y evaporación.
Conducción: Es el tipo de transferencia de energía térmica donde esta es llevada por las
moléculas en forma de movimiento algunas de ellas, a través de la colisión molecular, se lo
transfieren a otras moléculas de un segundo objeto que se pone en contacto con ellas.
AB
B A
TATB
TE

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El calor se desplaza desde el extremo
caliente de la barra hacia el extremo
frío
Si un cuerpo de área A está en contacto con otro y presenta una diferencia de
temperatura: ∆𝑇 a lo largo de una longitud L, la tasa de transporte de calor desde el extremo
de alta temperatura hasta el extremo de baja temperatura por conducción, está dada por la
ley de conducción de calor de Fourier:
𝐻 = −𝐾𝐴
∆𝑇
𝐿
Dónde: K es la conductividad térmica del material (Watt/m.K). La conductividad térmica
del músculo animal y grasa es de 5.10-5
Kcal/s.m.K.
Convección: Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un fluido (líquido o
un gas) es casi seguro que se producirá un movimiento llamado convección.
L

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Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele
disminuir, 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.
Si calentamos una cacerola llena de
agua, el líquido más próximo al fondo se
calienta por el calor que se ha transmitido por
conducción a través de la cacerola. Al
expandirse, su densidad disminuye y como
resultado de ello el agua caliente asciende y
parte del fluido más frío baja hacia el fondo,
con lo que se inicia un movimiento de
circulación. El líquido más frío vuelve a
calentarse por conducción, mientras que el líquido más caliente situado arriba pierde parte
de su calor por radiación y lo cede al aire situado por encima.
La transferencia de calor por convección, solo se produce en líquidos y gases donde
los átomos y moléculas son libres de moverse en el medio.
En la naturaleza, la mayor parte del calor ganado por la atmósfera por conducción y
radiación cerca de la superficie, es transportado a otras capas o niveles de la atmósfera por
convección.
Un modelo de transferencia de calor H por convección, llamado ley de enfriamiento
de Newton, es el siguiente:
Donde h se llama coeficiente de convección, en Watt/ (m2
. K), A es la superficie que entrega
calor con una temperatura TA al fluido adyacente, que se encuentra a una temperatura T,
como se muestra en el esquema de la figura.

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El flujo de calor por convección es positivo (H > 0) si el calor se transfiere desde la
superficie de área A al fluido (TA > T) y negativo si el calor se transfiere desde el fluido
hacia la superficie (TA < T).
Para un hombre desnudo, h = 1,7.10-3
Kcal/s.m2
.K
Radiación: La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la
convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que
pueden estar separadas por un vacío. La
vibración de los electrones (salto
cuántico) está determinada por la cantidad
de energía absorbida. Esta energía es
liberada en forma de radiación (luz, calor,
rayos x) dependiendo de la energía de
estimulación administrada. El ejemplo
perfecto de este fenómeno es el planeta
Tierra. Los rayos solares atraviesan la atmósfera sin calentarla y se transforman en calor en
el momento en que entran en contacto con la tierra.
Ejemplo: Dejas tu coche aparcado en la playa un día no muy caluroso, al volver te apoyas
sin querer en el capó del coche y el grito se oye a varios kilómetros de distancia. En este
caso aunque el sol se encuentra a bastante distancia de nuestro coche, su temperatura
absoluta es tan alta que hace que la transferencia por radiación sea muy importante. Aquí
no tiene apenas influencia que el aire ambiente esté caliente ya que si hubiéramos dejado
el coche a la sombra esto no ocurriría.
La tasa con la que se emite energía desde una superficie de área A, una temperatura
T se determina con la ley de Stefan-Boltzmann:
𝐻 = 𝑒𝜎𝐴𝑇4

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Donde: 𝝈 es la constante de Stefan-Boltzmann y su valor es 5,67.10-8
W/m2
.K4
ó 1,36.10-11
Kcal/m2
.s.K4
.
Finalmente, dejamos una imagen que resume perfectamente los tres métodos de
transferencia de calor: conducción, convección y radiación.
EJERCICIOS DE APLICACIÓN
1. En la escala Celsius la temperatura normal del cuerpo humano es 37 °C ¿A qué
temperatura corresponde en la escala Fahrenheit?
2. ¿Qué temperatura de la escala Celsius corresponde a los 105 °F, una temperatura
peligrosa alta para los seres humanos?
3. Un médico midió la temperatura de una persona y encontró el valor 86. Luego:
( ) La persona está sana
( ) La escala utilizada es la Fahrenheit
( ) La persona está muerta
( ) La escala utilizada es la Celsius

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4. Un termómetro centesimal marca 28°. En un termómetro Fahrenheit dicha temperatura
es:
5. Si dos termómetros graduados en las escalas Fahrenheit y Centígrados respectivamente
señalan el mismo valor, un termómetro graduado en la escala Kelvin marcará:
6. Para medir la temperatura de un enfermo se utiliza un termómetro, el cual marca 104
°F. ¿Cuál es su temperatura en °C?
7. Un termómetro mal calibrado en la escala Fahrenheit, indica 0 en el punto de fusión del
agua. ¿Cuál es la temperatura correcta en °C cuando este termómetro indique 153 °F?
8. Calcula el cambio de temperatura en grados Fahrenheit equivalente a un cambio de
temperatura de 45 °C
9. Un termómetro de mercurio tiene una escala que marca 0°X cuando la temperatura es
de -20 °C, y marca 240 °X para 100 °C ¿Cuántos °X corresponden a la temperatura
humana de 37 °C?
10. ¿A qué temperatura ambiente, lo que marca el termómetro Fahrenheit es un número
mayor en 50 que lo que marca un termómetro centígrado?
11. El valor numérico de una propiedad física de una sustancia dada es 1,05 cuando se
encuentra dentro de una vasija con una mezcla de hielo con agua, y 1,77 al encontrarse
en un recipiente con agua en ebullición. ¿Qué temperatura corresponderá al valor
numérico 1,23 de dicha propiedad física, si ésta depende linealmente de la temperatura?
La experiencia se realiza al nivel del mar.
12. ¿Para qué temperatura centígrada será la lectura de un termómetro Fahrenheit
numéricamente igual al doble de la lectura de un termómetro centígrado, si ambos
termómetros se encuentran en el mismo ambiente?
13. En un termómetro de columna de mercurio sólo aparecen dos marcas, las de las
temperaturas de 36°C y 37°C. La longitud de la columna entre estas marcas es de 1 cm,
una persona se pone el termómetro y constata que la columna de mercurio mide 2,8 cm
por encima de la marca de 37°C. Su temperatura en °C es de:
14. Un termómetro está graduado en escala de °C y otro en grados °X, tal que guardan
relación de la figura ¿A qué temperatura ambos termómetros marcarán la misma
temperatura?

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15. Un termómetro con escala arbitraria tiene como punto de fusión del hielo -40° y como
punto de ebullición del agua 160°, cuando en este termómetro se lee 20°, ¿cuánto vale
la temperatura en la escala centígrada?
TERMODINÁMICA
La termodinámica puede definirse como el tema de la Física que estudia los procesos
en los que se transfiere energía como calor y como trabajo.
Sabemos que se efectúa trabajo cuando la energía se transfiere de un cuerpo a otro
por medios mecánicos. El calor es una transferencia de energía de un cuerpo a un segundo
cuerpo que está a menor temperatura. O sea, el calor es muy semejante al trabajo.
El calor se define como una transferencia de energía debida a una diferencia de
temperatura, mientras que el trabajo es una transferencia de energía que no se debe a una
diferencia de temperatura.
Al hablar de termodinámica, con frecuencia se usa el término "sistema". Por sistema
se entiende un objeto o conjunto de objetos que deseamos considerar. El resto, lo demás en
el Universo, que no pertenece al sistema, se conoce como su "ambiente". Se consideran
varios tipos de sistemas. En un sistema cerrado no entra ni sale masa, contrariamente a los
sistemas abiertos donde sí puede entrar o salir masa. Un sistema cerrado es aislado si no pasa
energía en cualquiera de sus formas por sus fronteras.
Previo a profundizar en este tema de la termodinámica, es imprescindible establecer
una clara distinción entre tres conceptos básicos: temperatura, calor y energía interna.
330 °X 100 °C
0 °C
0 °X
30 °X

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TEORÍA CINÉTICA
La teoría cinética fue desarrollada por James Clerk Maxwell (1831-1879) y Ludwig
Boltzmann (1844-1906) los cuales describieron una teoría que explica la manera como se
mueven las moléculas (dinámica molecular). Las moléculas que forman un gas perfecto se
mueven golpeándose unas con otras semejantes a unas bolas de billar y arremetiendo contra
la superficie que contiene el gas. La energía asociada con este movimiento se llama Energía
Cinética y este acercamiento cinético al comportamiento de gas ideal permite hacer una
interpretación del concepto de temperatura a nivel microscópico.
La cantidad de energía cinética que tiene cada molécula es función de su velocidad,
para un gran número de moléculas de un gas (aún a baja presión) se toma un rango de
velocidades en algún instante de tiempo. La magnitud de la velocidad puede variar mucho
(no es de esperarse que dos partículas tengan la misma velocidad). De alguna manera unas
se mueven muy rápido y otras muy lento, Maxwell encontró que pueden ser representadas
como una función estadística de velocidades llamada Distribución Maxwelliana. Las
colisiones de las moléculas con el recipiente elevan la presión del gas. Considerando una
fuerza promedio ejercida por colisión de las moléculas con el recipiente, Boltzmann pudo
calcular una energía cinética promedio de las moléculas que se relaciona directamente a la
presión, y a mayor energía cinética mayor presión. De la Ley de Gay-Lussac se sabe que la
presión es directamente proporcional a la temperatura con lo cual la energía cinética se
relaciona directamente con la temperatura del gas mediante la siguiente expresión:
P = kT (Cuando V es constante)
Donde k es la constante de Boltzmann. La temperatura es una medida de energía del
movimiento térmico y a temperatura cero la energía alcanza un mínimo (el punto de
movimiento cero se alcanza a 0 K). La temperatura es una cantidad que puede ser definida
o en términos de cantidades termodinámicas macroscópicas tales como calor y trabajo o con
igual validez e idénticos resultados, en términos de una cantidad caracterizada por la
distribución de energía de una cantidad de partículas en un sistema.
Entendiendo este concepto de temperatura, es posible explicar cómo el calor (energía
térmica) fluye de un cuerpo a otro.
Leyes de la termodinámica:

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 Ley Cero: La ley cero de termodinámica afirma que si dos objetos A y B están por
separado en equilibrio térmico con un tercer objeto C, entonces los objetos A y B están en
equilibrio térmico entre sí. Si uno de estos sistemas se pone en contacto con un entorno
infinito situado a una determinada temperatura, el sistema acabará alcanzando el equilibrio
termodinámico con su entorno, es decir, llegará a tener la misma temperatura que éste. (El
llamado entorno infinito es una abstracción matemática denominada depósito térmico; en
realidad basta con que el entorno sea grande en relación con el sistema estudiado).
 Primera Ley: Esta ley establece que, si tenemos un sistema que cambie de un estado
inicial de equilibrio i, a un estado final de equilibrio f, en un forma determinada, tendremos
a Q como el calor absorbido por el sistema y W como el trabajo hecho por el sistema;
después calculamos el valor de Q – W. Ahora, cambiemos el sistema manteniendo, por
supuesto, el mismo estado i para llegar hasta el estado final f, pero en esta ocasión utilizamos
un camino diferente. Repetimos el procedimiento una y otra vez usando diferentes caminos
en cada caso. Nos encontramos que en todos los intentos Q – W mantiene su valor numérico
siempre igual. La explicación se debe a que: aunque la magnitud de Q y W, separadamente,
dependen del camino tomado, Q – W no depende de cómo pasamos de un estado a otro,
sino sólo de ambos estados, el inicial y el final (de equilibrio).
El lector seguramente recordará, por lo visto en mecánica, que cuando un objeto se
mueve de un punto a otro en un campo gravitacional en ausencia de fricción, el trabajo hecho
depende solo de las posiciones de los puntos y no de la trayectoria por la que el cuerpo se
mueve. Podemos concluir que hay una energía potencial, en función de las coordenadas
espaciales del cuerpo, cuya diferencia entre su valor final y su valor inicial es igual al trabajo
hecho al desplazar el cuerpo. En termodinámica se encuentra experimentalmente que,
cuando en un sistema ha cambiado su estado i al f, la cantidad Q – W dependen solo de las
coordenadas iniciales y finales y no del camino tomado entre estos puntos extremos. Se
concluye que hay una función de las coordenadas termodinámicas cuyo valor final menos su
valor inicial es igual al cambio Q – W en el proceso. A esta función le llamamos función de
la energía interna (la que se representa mediante la letra U)
La diferencia entre la energía interna del sistema en el estado f (Uf) y el estado inicial
i (Ui) es solo el cambio de energía interna del sistema, y esta cantidad tiene un valor
determinado independientemente de la forma en que el sistema pasa del estado i al estado f:
Tenemos entonces que:

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Uf – Ui. = U
Como sucede con la energía potencial, también para que la energía interna, lo que
importa es su cambio. Esta ecuación se conoce como la primera ley de la termodinámica, al
aplicarla debemos recordar que Q se considera positiva cuando el calor entra al sistema y
que W será positivo cuando el trabajo lo hace el sistema. A la función interna U, se puede
ver como muy abstracta en este momento. En realidad, la termodinámica clásica no ofrece
una explicación para ella, además es una función de estado que cambia en una forma
predecible. La primera ley de la termodinámica, se convierte entonces en un enunciado de
la ley de la conservación de la energía para los sistemas termodinámicos. La energía total de
un sistema de partículas (U), cambia en una cantidad exactamente igual a la cantidad que se
le agrega al sistema, menos la cantidad que se le quita.
El hecho que consideremos que el valor de Q sea positivo cuando el calor entra al
sistema y que W sea positivo cuando la energía sale del sistema como trabajo está
determinado por el estudio de las máquinas térmicas, que provocó inicialmente el estudio de
la termodinámica. Simplemente es una buena forma económica tratar de obtener el máximo
trabajo con una máquina de este tipo, y minimizar el calor que debe proporcionársele a un
costo importante. Estas naturalmente se convierten en cantidades de interés.
Transformaciones: La energía interna U del sistema depende únicamente del estado del
sistema, en un gas ideal depende solamente de su temperatura. Mientras que la transferencia
de calor o el trabajo mecánico dependen del tipo de transformación o camino seguido para
ir del estado inicial al final.
Isócora o a volumen constante
No hay variación de volumen del gas, luego
W = 0
Q = ncV (TB-TA)
Donde cV es el calor específico a volumen constante
U = Q – W

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Isóbara o a presión constante
W = p (vB-vA)
Q = ncP(TB-TA)
Donde cP es el calor específico a presión constante
Isotérmico
Es un proceso en el cual la temperatura se mantiene constante la curva AB corresponde a un
proceso isotérmico, para el cual U = 0 y T=0
Adiabático
Es un proceso en el que no se permite que fluya
calor, ni hacia el sistema ni desde el: Q = 0. Esto
se puede dar si el sistema está muy bien aislado,
o si el proceso sucede con tanta rapidez que el
calor, que fluye con lentitud, no tiene tiempo de
salir o de entrar. La expansión de los ases en un
motor de combustión interna es un ejemplo de un
proceso que se puede considerar casi como adiabático. La expansión adiabática lenta de un
gas ideal sigue una curva como el de la imagen puesto que Q = 0, de acuerdo con la primera
ley de la termodinámica, tenemos que U = - W. Es decir, la energía interna disminuye y,
por tanto, también la temperatura. Esto se ve en la imagen, en la cual el producto P x V (=
nRT) es menor en el punto C que en punto B (la curva AB corresponde a un proceso
isotérmico, para el cual U = 0 y T=0). En una compresión adiabática se lleva a cabo un
trabajo sobre el gas, por lo que la energía interna aumenta, al igual que la temperatura. En
un motor diesel el aire se comprime adiabáticamente con rapidez, en un factor de 15 o más;
la temperatura aumenta tanto que cuando se inyecta combustible, la mezcla se enciende en
forma espontánea.

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 Segunda ley: De acuerdo con la primera ley, la energía interna de un sistema se puede
incrementar ya sea agregando calor o realizando un trabajo sobre el sistema. Pero existe
una diferencia muy importante entre el trabajo y el calor que no se evidencia de la
primera ley. Por ejemplo, es posible convertir completamente el trabajo en calor, pero
en la práctica, es imposible convertir completamente el calor en trabajo sin modificar
los alrededores. La segunda ley de la termodinámica establece cuales procesos de la
naturaleza pueden ocurrir o no. De todos los procesos permitidos por la primera ley,
solo ciertos tipos de conversión de energía pueden ocurrir. Los siguientes son algunos
procesos compatibles con la primera ley de la termodinámica, pero que se cumplen en
un orden gobernado por la segunda ley.
1) Cuando dos objetos que están a diferente temperatura se ponen en contacto térmico entre
sí, el calor fluye del objeto más cálido al más frío, pero nunca del más frío al más cálido.
2) La sal se disuelve espontáneamente en el agua, pero la extracción de la sal del agua
requiere alguna influencia externa.
3) Cuando se deja caer una pelota de goma al piso, rebota hasta detenerse, pero el proceso
inverso nunca ocurre.
Todos estos son ejemplos de procesos irreversibles, es decir procesos que ocurren
naturalmente en una sola dirección. Ninguno de estos procesos ocurre en el orden temporal
opuesto. Si lo hicieran, violarían la segunda ley de la termodinámica. La naturaleza
unidireccional de los procesos termodinámicos establece una dirección del tiempo. La
segunda ley de la termodinámica, que se puede enunciar de diferentes formas equivalentes,
tiene muchas aplicaciones prácticas. Desde el punto de vista de la ingeniería, tal vez la más
importante es en relación con la eficiencia limitada de las máquinas térmicas. Expresada en
forma simple, la segunda ley afirma que no es posible construir una máquina capaz de
convertir por completo, de manera continua, la energía térmica en otras formas de energía
Para explicar esta falta de reversibilidad se formuló la segunda ley de la termodinámica, que
tiene dos enunciados equivalentes:
Enunciado de Kelvin - Planck: Es imposible construir una máquina térmica que, operando
en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito y la
realización de una cantidad igual de trabajo.

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Enunciado de Clausius: Es imposible construir una máquina cíclica cuyo único efecto sea la
transferencia continua de energía de un objeto a otro de mayor temperatura sin la entrada de
energía por trabajo.
Máquina térmica.
Una máquina térmica es un dispositivo que convierte energía térmica en otras formas útiles
de energía, como la energía eléctrica y/o mecánica. De manera explícita, una máquina
térmica es un dispositivo que hace que una sustancia de trabajo recorra un proceso cíclico
durante el cual
1) se absorbe calor de una fuente a alta temperatura,
2) la máquina realiza un trabajo y
3) libera calor a una fuente a temperatura más baja.
Por ejemplo, en un motor de gasolina,
1) el combustible que se quema en la cámara de combustión es el depósito de alta
temperatura,
2) se realiza trabajo mecánico sobre el pistón y
3) la energía de desecho sale por el tubo de escape.
En la operación de cualquier máquina térmica, se extrae una cierta cantidad de calor de una
fuente a alta temperatura, se hace algún trabajo mecánico y se libera otra cantidad de calor a
una fuente a temperatura más baja. Resulta útil representar en forma esquemática una
máquina térmica como se muestra en la figura. La máquina, representada con verde en el
centro del diagrama, absorbe cierta cantidad de calor QA (el subíndice A se refiere a alta

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temperatura) tomado de la fuente a temperatura más alta. Hace un trabajo W y libera calor
QB (el subíndice B se a baja temperatura) a la fuente de temperatura más baja. Debido a que
la sustancia de trabajo se lleva a través de un ciclo, su energía interna inicial y final es la
misma, por lo que la variación de energía interna es cero, es decir ΔU = 0. Entonces, de la
primera ley de la termodinámica se tiene que “el trabajo neto W realizado por la máquina es
igual al calor neto que fluye hacia la misma”. El calor neto es Qneto = QA - QB, por lo tanto
el trabajo es:
W = QA - QB
donde QA y QB se toman como cantidades positivas. Si la sustancia de trabajo es un gas, el
trabajo neto realizado en un proceso cíclico es igual al área encerrada por la curva que
representa a tal proceso en el diagrama PV.
Como ejemplo de un proceso cíclico, considérese la operación de una máquina de vapor en
la cual la sustancia de trabajo es el agua. El agua se lleva a través de un ciclo en el que
primero se convierte a vapor en una caldera y después de expande contra un pistón. Después
que el vapor se condensa con agua fría, se regresa a la caldera y el proceso se repite.
La eficiencia de una máquina térmica es:
e = 1 – QB/ QA W = Trabajo que se obtiene del motor
QA = Combustible
QB = Calor que se libera a baja temperatura

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Ciclo de Carnot:
Esta máquina se creó con el fin de aumentar la eficiencia de las máquinas térmicas,
desarrollando esta máquina ideal llamada Máquina de Carnot. Ésta es imposible de realizar
realmente puesto que se contrapone con la segunda ley de la termodinámica.
Se considera que cada uno de los procesos de adición y salida del calor; y de expansión o
compresión del gas se llevaba a cabo en forma reversible. Es decir, cada uno de los procesos
(digamos durante la expansión de los gases contra un pistón) tenía lugar tan lentamente que
se podían considerar como una serie de estados de equilibrio, y el proceso total podía
invertirse sin cambiar la magnitud del trabajo efectuado o del calor intercambiado. Un
proceso real, en cambio, tendría lugar con mucha mayor rapidez; se presentaría turbulencias
en el gas, fricción, etc. Debido a estos factores no se puede invertir un proceso real; la
turbulencia sería distinta y el calor perdido como fricción no se revertiría. Por lo anterior, a
los procesos reales se les llama irreversibles.
 Tercera Ley: Se denomina Teorema de Nernst. Afirma que la entropía de un sistema
dado en el cero absoluto tiene un valor constante. Esto es así porque un sistema en el
cero absoluto existe en su estado fundamental, así que su entropía está determinada solo
por la degeneración de su estado fundamental.
En términos simples, la tercera ley indica que la entropía de una sustancia pura en el cero
absoluto es cero. 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.

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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 el ln (1)=0). 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.
Entalpía
El caso más típico de entalpía es la llamada entalpía termodinámica. De ésta, cabe
distinguir la función de Gibbs, que se corresponde con la entalpía libre, mientras que la
entalpía molar es aquella que representa un mol de la sustancia constituyente del sistema.
Entalpía termodinámica: La entalpía (simbolizada generalmente como "H", también
llamada contenido de calor, y calculada en julios en el sistema internacional de unidades
o también en kcal o, si no, dentro del sistema anglo: "BTU"), es una variable de estado,
(lo que quiere decir que, sólo depende de los estados inicial y final) que se define como
la suma de la energía interna de un sistema termodinámico y el producto de su volumen
y su presión.
La entalpía total de un sistema no puede ser medida directamente, al igual que la energía
interna, en cambio, la variación de entalpía de un sistema sí puede ser medida
experimentalmente. El cambio de la entalpía del sistema causado por un proceso llevado
a cabo a presión constante, es igual al calor absorbido por el sistema durante dicho
proceso.
La entalpía se define mediante la siguiente fórmula:
Donde:

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H es la entalpía (en julios).
U es la energía interna (en julios).
p es la presión del sistema (en pascales).
V es el volumen del sistema (en metros cúbicos).
TERMOMETRÍA
El médico alemán Karl Wunderlich (1858) descubrió que una de las características más
importantes del estado de salud era la conservación de una temperatura corporal constante;
una elevación de la misma siempre se acompaña de malestar y es un signo inequívoco de
alerta. Más adelante el médico británico Thomas Allbutt inventó lo que ahora se llama
termómetro clínico; éste se diferencia de los otros porque presenta un estrechamiento que
impide que la columna de mercurio descienda, facilitando así la lectura de la temperatura
corporal.
Existen tres tipos de termómetro clínicos: Oral, axilar y rectal. El oral se caracteriza porque
su vástago o bulbo de mercurio es largo, la igual que en el axilar, mientras que en rectal tiene
un vástago o reservorio de mercurio de forma esférica. De los tres, los que tienen vigencia
son los termómetros oral y rectal, el axilar quedó en desuso, ya que era muy frágil e
incómodo, tenía la apariencia d una letra “L”.
Para los valores normales de la temperatura corporal, se presentan los datos más utilizados:
Temperatura oral: 36,7°C a 37°C
Temperatura axilar: 36,1° a 36,5°C
Temperatura rectal: 37,3° a 37,6°C
TERMORREGULACIÓN
Un organismo vivo como el ser humano es considerado como un sistema termodinámico
abierto en estado aproximadamente estacionario. Esto significa que existe transferencia de
energía y de materia hacia el medio que nos rodea, pero que a pesar de ello, la temperatura
se mantiene constante.
Esto implica que la cantidad de calor que se produce en nuestro cuerpo (termogénesis) se
iguala con la cantidad de calor que se pierde (termólisis). Sin embargo, la homeotermia se

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establece de manera adecuada y completa sólo en las regiones profundas del cuerpo (núcleo
central). Ésta región constituye alrededor de 80% de la masa corporal.
El resto del organismo, llamado muchas veces corteza, se comporta poiquilotérmicamente
(su temperatura varía con el ambiente).
Debido que la mayor parte de los órganos del núcleo central poseen una concentración
semejante y abundante agua, la capacidad calorífica apenas se modifica; esto determina la
condición necesaria para que la temperatura se mantenga constante; es decir, que el
equilibrio de intercambios sea nulo; lográndose que la cantidad de calor producida (P) resulte
igual a la cantidad perdida por radiación (R), convección (C), evaporación (E) y también por
conducción (K), es decir:
P = R + C + E + K
Así el estudio de la termorregulación obliga considerar:
- La producción de calor (P)
- El transporte del calor desde el núcleo hacia la superficie
- Las pérdidas de calor en la superficie corporal (R + C + E + K)
Producción de calor
a) Metabolismo Basal:
Es la cantidad de calor que produce el sujeto por metro cuadrado de superficie corporal
y por hora, hallándose despierto, en ayunas desde 12 horas anteriores, en reposo físico
y mental y en un ambiente de temperatura agradable.
CUADRO: Masa corporal relativa y tasa de producción de calor para cada una de las
partes del organismo en reposo y en el ejercicio.
El calor se produce
primariamente en las partes
anatómicas del organismo que
hemos denominado central o
nuclear, a pesar de que esta
parte sólo representa un tercio
de la masa corporal total.

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b) Aumento de la actividad muscular:
En la porción dorso medial de la parte posterior del hipotálamo, cerca del tercer
ventrículo, se encuentra un área llamada centro motor primario para los escalofríos.
Normalmente se encuentra inhibida por señales provenientes del centro del calor, pero
se excita cuando le llegan señales frías desde la piel y médula espinal.
Este centro se activa cuando la temperatura corporal disminuye incluso una fracción de
grado por debajo del nivel crítico; a continuación transmite señales productoras de
escalofríos que pasan por haces bilaterales hacia el tallo cerebral, se transmiten desde
allí hacia las columnas laterales de la médula espinal y llegan hasta las neuronas motoras
anteriores.
Estas señales no son rítmicas ni producen sacudidas musculares reales, más bien
incrementan el tono de los músculos esqueléticos de todo el cuerpo. Cuando el tono se
eleva por arriba de cierto nivel crítico, empiezan los escalofríos, los que son resultado
de oscilaciones de retroalimentación del mecanismo reflejo de estiramiento del huso
muscular.
c) Efecto de las catecolaminas (adrenalina y noradrenalina):
La estimulación simpática, o de la adrenalina y noradrenalina, incrementan de inmediato
el metabolismo celular. Este efecto denominado termogénesis química, se debe a la
capacidad de la adrenalina y noradrenalina de desacoplar la fosforilación oxidativa, con
lo cual se hace necesaria una mayor oxidación de los alimentos, para obtener los
compuestos de fosfato de alta energía, requeridos por la función normal del organismo.
El grado de termogénesis química que tiene lugar en un animal, es casi directamente
proporcional a la cantidad de grasa parda que existe en sus tejidos. Es un tipo de grasa
que contiene gran cantidad de mitocondrias en sus células, y éstas cuentan con
inervación simpática poderosa.
En el ser humano adulto, que casi no tiene grasa parda, es raro que la termogénesis
química aumente la producción de calor en más de un 10 a 15 %. Sin embargo, en
lactantes, que si tienen una pequeña cantidad de grasa parda en el espacio interescapular,
la termogénesis puede aumentar la producción de calor hasta en un 100 %. Lo que quizá
es un factor muy importante para conservar la temperatura corporal normal del recién
nacido.

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d) Efecto de las hormonas tiroideas (tiroxina):
El enfriamiento del área preóptica del hipotálamo, también aumenta la producción de la
hormona neurosecretora, factor liberador de tirotropina por el hipotálamo, que siguiendo
los vasos portales llega hasta la adenohipófisis, estimulando la secreción de tirotropina.
La tirotropina estimula la liberación de tiroxina por la glándula tiroides, que a su vez
incrementa el metabolismo celular de todo el cuerpo. El mecanismo tiroideo no ocurre
de inmediato, sino que requiere de varias semanas.
La exposición de los animales a frío extremo durante varias semanas, puede hacer que
su tiroides aumente de volumen hasta 20-40 %. Sin embargo, el hombre rara vez se
expone al mismo grado de frío y no se sabe cuál sea la importancia cuantitativa del
método tiroideo de adaptación al frío en la especie humana.
Mediciones realizadas en personal militar residente durante varios meses en el Ártico,
desarrolla un aumento de intensidad del metabolismo; los esquimales también presentan
valores de metabolismo muy altos. Por tanto, el efecto estimulante continuo del frío para
el tiroides, puede explicar la mayor incidencia de bocio tiroideo tóxico, en personas que
viven en climas fríos que en personas que viven en climas calientes.

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Transporte del calor desde el núcleo hacia la superficie
Se da por dos mecanismos:
a) La conducción física, de escasa importancia debido a la poca conducción fisiotérmica
de los diferentes tejidos del cuerpo, en especial del adiposo (calor específico 3,21
kJ/kg/°C)
b) La convección circulatoria (convección forzada), el más importante, puesto que la
sangre al presentar gran cantidad de agua se convierte en la sustancia con mayor calor
específico ene l organismo (3,8 kJ/kg/°C)
Si se toma en cuenta que la dirección de la sangre arterial va desde el núcleo central
y luego se dirige y enfría a nivel de los plexos venosos cutáneos; se concluye que
este mecanismo permite al cuerpo cierta adaptación sobre el transporte de calor.
Simplemente tiene que manejar el flujo sanguíneo cutáneo; por lo tanto cuando se
debe perder calor y la piel adquiere un color rosado, favoreciendo el transporte de
calor y su posterior pérdida al exterior del cuerpo. En cambio cuando debemos
ahorrar existirá vasoconstricción, disminuyendo la llegada de la sangre
transportadora de calor hacia la piel y evitando la pérdida del mismo.
Hay que admitir que la temperatura de la sangre arterial cede algo de calor durante
su trayecto, y llega ya fría a la superficie; en tanto que la sangre venosa se caliente
antes de alcanzar la profundidad. Esto se denomina en física un sistema de
intercambio a contracorriente; por lo tanto, cuanto mayor sea la trayectoria del
mecanismo, mayor será la el enfriamiento alcanzado; así el efecto máximo se
verificará en las extremidades (pies y manos).
Perdida de calor en la superficie corporal (R + C+ E + K)
Una vez producido el calor, éste es transferido y repartido a los distintos órganos y sistemas.
Este proceso se realiza por los mecanismos de conducción, convección y por el mecanismo
de intercambio de calor por contracorriente
a) Radiación:
Es la transferencia de calor por ondas electromagnéticas y constituye la forma más
importante de pérdida de calor en el cuerpo humano, alcanzando un total de 60 %. Esta
forma de pérdida no se puede controlar ya que depende de la emisión de rayos

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infrarrojos. Se puede ganar o perder calor dependiendo de que la piel se encuentre más
fría o más caliente que los objetos del entorno.
b) Evaporación:
Este proceso se basa en el hecho de que la transformación de cualquier líquido en vapor,
sin cambiar su temperatura, requiere calor. Para que se evapore 1 g de sudor de la
superficie de la piel se requieren aproximadamente 0.58 Kcal, las cuales se obtienen de
la piel. La evaporación se realiza gracias al sudor y puede ser de dos formas, una
imperceptible, insensible y constante denominada perspiración y otra más significativa
y ostensible llamada sudoración. Constituye en condiciones normales un 22 % del total
de calor que se pierde.
De este modo, la evaporación del sudor es un mecanismo por medio del cual se enfría
la piel y consecuentemente el organismo. En contraste con los mecanismos de calor
antes descritos, este último sólo puede provocar pérdida de calor.
c) Convección:
Ocurre cuando el calor de nuestro cuerpo es trasladado o retirado por un fluido que
puede ser el aire o el agua (por ejemplo cuando estamos frente a un ventilador). Por
convección del aire se pierde aproximadamente el 15 % del calor corporal. Al igual que
el anterior, se puede ganar o perder calor.
d) Conducción:
Es la transferencia de calor molécula a molécula, en sólidos, líquido o gases. Es un
mecanismo dependiente de la conductividad de la sustancia y de las diferencias de
temperatura entre los puntos de contacto. Es un mecanismo poco importante para el
organismo ya que por el enorme poder aislante de la grasa corporal, solamente perdemos
por esta forma un 3 % del calor corporal. Este es un mecanismo mediante el cual se
pierde o se gana calor.

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Respuestas reguladoras
Termoreceptores:
En el tejido SCT encontramos receptores para el calor y el frío. Los receptores para el frío
son más abundantes, 10 veces más que los de calor.
- Se desencadenan efectos reflejos inmediatos. Producción de escalofríos, inhibición del
proceso de sudación, promoción de la vasoconstricción cutánea.
- Receptores profundos en médula espinal, vísceras abdominales, alrededor de grandes
venas y en el área preóptica del hipotálamo Identifican sobre todo frío y no calor.

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INTEGRACIÓN CENTRAL
HIPOTÁLAMO ANTERIOR: Núcleos preópticos y anterior, contienen gran número de
neuronas sensibles al calor. Son los lugares de partida de las órdenes reguladoras de la
termólisis (se oponen al calentamiento):
- Vasodilatación: Inhibición de los centros simpáticos del hipotálamo posterior que
producen vasoconstricción.
- Sudoración: Por impulsos transmitidos por vías neurovegetativas hacia la médula, y de
ahí siguiendo las vías simpáticas, a la piel de todo el cuerpo, estimulando las glándulas
sudoríparas que tienen inervación colinérgica y también adrenérgica.
- Disminución de la producción de energía: Se inhiben en forma enérgica los mecanismos
de producción excesiva de calor como escalofríos y termogénesis química.
HIPOTÁLAMO POSTERIOR: Es responsable de las órdenes para la termogénesis (se
oponen al enfriamiento):
- Vasoconstricción cutánea: por estimulación de los centros simpáticos hipotalámicos.
- Piloerección: Significa que el pelo se endereza desde su base, por estimulación
simpática del músculo del folículo piloso y permite aprisionar una gruesa capa de “aire
aislante”.
- Aumento de la producción de calor: Tiritar, excitación simpática y elevación de la
tiroxina.
Trastornos de la termorregulación
Fiebre:
Es la alteración más común de la temperatura; se establece cuando existe una modificación
en el nivel de referencia natural (punto de ajuste) que se establece en el hipotálamo. Durante
un episodio febril, el sistema regulador térmico funcionan pero, se ha cambiado el punto de
referencia. En lugar de 37ºC la regulación se produce en torno a un valor mas elevado; por
ejemplo del orden de los 38 ºC – 39ºC.
a) Fase de escalofríos: Por consiguiente el inicio del acceso febril está marcado por las
reacciones termorreguladoras características de la lucha contra el frío: escalofríos,
tiritones, vasoconstricción cutánea por esta razón a esta fase se le conoce como la de
"escalofríos". Debe usted entender que el organismo se comporta "como si tuviera frío"
por qué así lo indica el hipotálamo que tiene su punto de ajuste muy elevado.

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b) Fase de estabilidad térmica: Posteriormente la, persona llega a producir calor hasta
llegar a una homeostasis térmica con el nuevo valor del punto de ajuste es decir nuestro
cuerpo llega a tener 39°C de temperatura y el hipotálamo "ve" cumplidas sus órdenes.
Esta es 1a fase de estabilidad térmica, pero con valores elevados de temperatura
corporal. Obviamente altera algunas funciones celulares.
c) Fase de crisis: Finalmente, se logra recuperar el valor normal del punto de ajuste;
espontáneamente o por la ingesta de algún medicamento (un antipirético por ejemplo),
esto hace que el organismo reaccione tratando de perder el calor acumulado hasta
conseguir nuevamente la homeostasis térmica. Por lo tanto el cuerpo suda y se produce
vasodilatación, a esto se denomina periodo de "crisis".
La modificación en el valor del punto de ajuste térmico, se produce por la presencia de una
gran variedad de estímulos exógenos que incluyen a bacterias y sus toxinas, hongos, virus,
espiroquetas, reacciones inmunes, hormonas (progesterona), fármacos, etc. A estas
sustancias se denominan “pirógenos exógenos” y se postula que actúan por medio de una
sustancia intermediaria llamada “pirógeno endógeno” (PE), o citoquinas endógenas, la más
importante es la interleuquina (IL) -1 que es un producto de los monocitos y macrófagos
(tipos de glóbulos blancos). Esta sustancia PE/IL-1 indica muchas de las llamadas respuestas
de la fase aguda de la inflamación que se caracteriza entre otras cosas por fiebre.
El blanco de la PE/IL-1, además de los centros reguladores de la temperatura en el
hipotálamo anterior, son los linfocitos B y T, las células mieloides de la médula ósea roja,
los neutrófilos maduros (otro tipo de glóbulos blancos) los fibroblastos, el músculo estriado,
los hepatocitos (células del hígado) y las neuronas cerebrales responsables de la ondas lentas
del sueño. Se sabe que en el hipotálamo la PE/IL-1 actúa induciendo la síntesis de
prostaglandinas (Pg) de la serie E (PgE - 1) y esta a su vez promoviendo el Amp-cíclico
(sustancia que activa funciones celulares). Las acciones antipiréticas de la y de los otros
Antiinflamatorios NO esteroideos (AINES) que actúan como antipiréticos pueden atribuirse
a la acción de bloqueo sobre la ciclo Oxigenasa, que es la enzima que produce las
prostaglandinas.
Gasto energético
Es la relación entre el consumo de energía y la energía que el organismo necesita. Para
mantener el equilibrio, la energía consumida debe de ser igual a la utilizada, o sea que las
necesidades energéticas diarias han de ser igual al gasto energético total diario. Si

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consumimos más energía de la necesaria se engorda y si consumimos por debajo de las
necesidades se adelgaza. El organismo no es una excepción al primer principio de la
Termodinámica.
Energía de los alimentos
El contenido total de energía de un alimento es la cantidad de energía liberada cuando el
alimento se quema por completo al aire hasta dar CO2 y H2O, es decir, es el calor de la
combustión. La energía total es igual a la suma de la energía digerible y la no digerible.
Cadena energética alimentaria
La energía digerible es la cantidad de energía que puede ser absorbida de los alimentos y,
habitualmente, supone el 95% de la dieta occidental media.
Energía
alimentaria total
100%
Energía no digerible
alrededor del 1-9%
Excretada por heces
Energía digerible
alrededor del 95%
Pérdidas por orina y
sudor en pequeñas
cantidades
Energía
metabolizable
50% perdido en
forma de calor
25% perdido en
forma de calor
5 – 10% Efecto
térmico de los
alimentos

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La energía no digerible es la energía en alimentos como, por ejemplo, la calurosa, que no
podemos descomponer y que se pierde por las heces.
La energía metabolizable es la energía disponible para ser usada por el organismo; tiene tres
destinos:
- El 50% se pierde en forma de calor.
- El 5 – 10% de la energía se emplea en la digestión, absorción y transporte de los
alimentos. Esto se conoce como efecto térmico del alimento, termogénesis inducida por
la dieta o termogénesis posprandial (todo significa lo mismo).
- Sólo el 25 – 40% de la energía es atrapada como ATP, es decir, el organismo sólo tiene
una eficiencia del 25 – 40%
Así, el proceso de la Termogénesis, es la energía que se requiere para digerir, absorber y
metabolizar los nutrientes. El consumo de carbohidratos o grasas aumenta la tasa metabólica
cerca del 5% de calorías totales consumidas. Si la ingesta consta de proteínas de forma
exclusiva la tasa metabólica aumenta cerca del 25%. Sin embargo, estos efectos disminuyen
cuando los alimentos se mezclan en cada comida. Por lo general, el gasto por termogénesis
se calcula en un 10% del gasto energético total.
Requerimientos de energía
El cuerpo humano gasta la energía a través de varias maneras: en la forma de gasto energético
de reposo (GER) o metabolismo basal, actividad voluntaria (física) y el efecto térmico de
los alimentos (ETA). Excepto en sujetos extremadamente activos, el GER constituye la
mayor porción del gasto energético total (GET). La contribución de la actividad física varía
mucho entre los individuos.
 El metabolismo basal: Es el valor mínimo de energía necesaria para que la célula
subsista. Esta energía mínima es utilizada por la célula en las reacciones químicas
intracelulares necesarias para la realización de funciones metabólicas esenciales, como
es el caso de la respiración, la circulación de la sangre, etc., es decir, es la energía que
se gasta sin hacer nada. En el organismo el metabolismo basal depende de varios
factores, como sexo, talla, peso, edad, etc. Como claro ejemplo del metabolismo basal
está el caso del coma. La persona "en coma", está inactiva, pero tiene un gasto mínimo
de calorías, razón por la que hay que seguir alimentando al organismo.

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Este disminuye con la edad y con la pérdida de masa corporal. El ejercicio aeróbico y un
aumento de la masa muscular pueden incrementar esta tasa. Al gasto general de energía
también pueden afectarle las enfermedades, los alimentos y bebidas consumidas, la
temperatura del entorno y los niveles de estrés. Para medir el metabolismo basal, la persona
debe estar en completo reposo pero despierta. Una medida precisa requiere que el sistema
nervioso simpático de la persona no esté estimulado, por ejemplo, después de haber
permanecido en reposo total en un lugar con una temperatura agradable (20 ºC) y de haber
estado en ayunas 12 ó más horas.
El metabolismo basal diario se puede calcular de manera aproximada de la siguiente forma:
 Hombre: 66,473 + (13,751 x masa (kg)) + (5,0033 x estatura (cm)) - (6,55 x edad
(años));
 Mujer: 665,51 + (9,463 x masa (kg)) + (4,8496 x estatura (cm)) - (4,6756 x edad (años))
¿De qué depende?
De la masa celular activa, es decir, del número y tamaño de células activas que tiene un
organismo. La masa celular activa varía de una persona a otra según:
 Tamaño y composición corporal
 Edad
 Situación de crecimiento, embarazo o lactancia
¿En qué lo ocupamos?
La energía que se emplea en el metabolismo basal está destinada a:
 Metabolismo celular (50%)
 Síntesis de moléculas, sobre todo de proteínas (40%)
 Trabajo mecánico interno (movimiento de los músculos respiratorios, contracción del
corazón) (10%)
 Efecto térmico de los alimentos: Es la energía que se necesita para la digestión y
absorción de los alimentos y equivale al 5 – 10% del gasto energético.

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 Actividad física: La cantidad de energía consumida depende de la intensidad y duración
del ejercicio. Puede medirse la actividad física (AF), expresándola como un múltiplo
del MB (siendo MB = 1). El cambio de temperatura en el ambiente también puede
afectar los requerimientos de energía, pero el efecto es muy pequeño a no ser que la
temperatura sea extremadamente cálida o fría.
La contribución de la actividad física al Gasto energético total es muy variable, pudiendo ir
desde un 10% hasta un 50% (atleta). Este gasto varía considerablemente dependiendo del
tamaño corporal, de la masa muscular magra y de los hábitos individuales de movimiento.
Los patrones de actividad física varían con la edad, los niños por lo general son más activos
que los ancianos. Es la parte más variable del gasto energético diario e incluye a la actividad
física espontánea (ej. movimiento de las manos al hablar, corrección de la postura mientras
se permanece sentado, gestos de la cara, etc) como la voluntaria (trabajo, deporte, etc).
Aplicaciones de la medición, calor y frío en medicina:
1) La termometría es la parte de la física que se encarga de la medida de la temperatura,
mientras que la termografía es la parte de la medicina que se encarga de hacer un registro
gráfico de la temperatura del cuerpo humano que puede usarse en el diagnóstico.
 Un termistor es, una resistencia cuyo valor varía de acuerdo con la temperatura; es
tan sensible que con él pueden medirse cambios de temperatura de hasta 0.01°C. En
general, en la práctica médica los termistores son colocados en la nariz de los
pacientes para registrar la temperatura del aire que entra y compararla con la del que
sale; al aparato completo se le conoce como neumógrafo. En los niños de pocos días
de nacidos que presentan problemas respiratorios es necesario tener el registro
permanente de esta función, ya que se puede presentar un problema de apnea y causar
la muerte.
Las medidas de la temperatura de las diferentes partes del cuerpo humano indican que ésta
varía prácticamente de punto a punto, dependiendo de múltiples factores tanto externos al
cuerpo como internos; el flujo sanguíneo cerca de la piel es el factor dominante.
 El mapa de la temperatura corporal se conoce como termograma. Y se usa en
diagnósticos de cáncer principalmente, ya que éste se caracteriza porque sus células
se encuentran a temperaturas relativamente altas respecto a las restantes; la

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temperatura en la piel, sobre un tumor (que puede ser interno), es 1°C arriba del
promedio.
La termografía también se usa frecuentemente en el estudio de la circulación de la sangre,
principalmente en la cabeza, ya que diferencias en la temperatura entre los lados derecho e
izquierdo son indicativas de problemas circulatorios.
2) El calor y el frío han sido usados para fines médicos durante siglos. Se recomienda el
uso del calor para algunas enfermedades (baños de aceite caliente o en aguas termales),
mientras que para otras enfermedades se recomendaba la aplicación de sustancias frías.
Los beneficios terapéuticos del calor son conocidos hace siglos: los baños de agua caliente
son muy relajantes, el calentar una cierta área del cuerpo provoca una aceleración en el
metabolismo, produciendo vasodilatación e incremento en el flujo sanguíneo, lo que resulta
benéfico para piel dañada.
La transferencia de calor por conducción es aplicada en medicina a superficies en forma
local; por ejemplo, la aplicación de plasmas de parafina caliente: la circulación sanguínea
distribuye el calor que penetra en la piel en esta zona, y se usa en el tratamiento de neuritis,
artritis, contusiones, sinusitis y otras enfermedades.
Un líquido o un gas en contacto con una fuente de calor, transportan el calor por convección
ya que las capas calientes del fluido tienden a subir provocando que las capas frías bajen y
tengan contacto con la fuente de calor. Para que la convección se lleve a cabo es necesaria
la presencia de materia, a diferencia de la radiación, que se realiza aun en ausencia de
materia.
Criogenia es la ciencia y la técnica de producir muy bajas temperaturas. La historia de la
criogenia data de 1840 en que se usó el frío (hielo) para el tratamiento de la malaria. Uno de
los problemas más difíciles de resolver fue el de guardar los líquidos a estas temperaturas,
ya que por convección o por radiación aumentaban fácilmente su temperatura. Este problema
fue resuelto por James Dewar en 1892 y el dispositivo inventado por él ahora lleva su
nombre: dewar. Un dewar está hecho de vidrio plateado o de acero delgado para minimizar
las pérdidas por conducción y por radiación, con vacío entre sus paredes para evitar las
pérdidas de energía por convección.
Los problemas que involucra la transferencia de fluidos criogénicos son similares a los de
su almacenamiento. Las líneas de transferencia de estos fluidos están construidas

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similarmente a los dewars. En medicina se usan las bajas temperaturas para la preservación
de sangre, esperma, tejidos, etcétera. De hecho, el frío retarda todos los procesos; puede
decirse que provoca un estado de animación retardada o suspendida si la temperatura es muy
baja.
Cuando los métodos criogénicos se usan para destruir células, se habla de la criocirugía; ésta
tiene varias ventajas: hay poco sangrado en el área destruida, el volumen del tejido destruido
se puede controlar por la temperatura de la cánula crioquirúrgica, hay poca sensación de
dolor porque las bajas temperaturas insensibilizan las terminales nerviosas. Una de las
primeras aplicaciones de la criocirugía fue en el tratamiento del mal de Parkinson, el cual
provoca temblores incontrolables en brazos y piernas. Es posible detener los temblores
destruyendo quirúrgicamente la parte del tálamo cerebral que controla estos impulsos.
En la cirugía de cataratas y la reparación de retinas dañadas, se empieza a usar mucho la
criogenia. Sin lugar a dudas tiene gran cantidad de aplicaciones, que están siendo
desarrolladas actualmente.

Caloy y temperatura a b-c

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