La termodinámica es el estudio del efecto de los procesos en los que se transfiere energía como calor y trabajo y la interaccion entre las variables como presion, temperatura y volumen de los sistemas.
El sistema puede estar aislado de sus alrededores por paredes reales o imaginarias. en este caso podria ser una celula, un individuo etc.
Los sistemas termicos pueden ser aislados, cerrados o abiertos.
SISTEMA AISLADO: es aquel que no intercambia ni materia ni energia con sus alrededores.
SISTEMA CERRADO: es aquel que no intercambia energia (calor y trabajo).
SISTEMA ABIERTO: es aquel que intercambia energia y materia con sus alrededores.
Para un sistema , las propiedadesque describen el estado de equilibrio del sitema deben ser constantes si dicho sistema no interactua con los alrededores o si se pemite la interaccion completa del sistema con alrededores sin cambio. a este tipo de estado se denomina estado de equilibrio y las propiedades son propiedades de equilibrio. cuando el sistema esta en equilibrio con sus alrededores no debe cambiar a menos que los alrededores lo hagan.
los tipos especificos de equilibrio se refieren a propiedades individuales. cuando una sola propiedad no cambia en el sistema. el equilibrio es especifico respecto de ella. ejemplos comunes son el equilibrio termico (T constante), equilibrio mecanico (Pconstante), etc. Cuando no cambia ninguna de estas propiedades posibles, el sistema esta en equilibrio termodinamico..
VARIABLES TERMODINAMICAS O VARIABLES DE ESTADO: son las magnitudes que se emplean para describer el estado de un sistema dependiendo de la naturaleza del sistema o del objeto de estudio como pueden ser MASA (numero de moles), VOLUMEN , PRESION Y TEMPERATURA.
VARIABLES INTENSIVAS: son aquellas que no dependen del tamaño ni la cantidad de materia del sistema es decir tienen el mismo valor para un sistema que para cada una de sus partes consideradas como subsistemas del mismo . la temperatura y presion son ejemplo de variables intensivas.
VARIABLES EXTENSIVAS: es una magnitud cuyo valor es proporcional al tamaño del sistema que se describe. esta magnitud puede ser expresada como suma de las magnitudes de un conjunto de subsistemas que forman un sistema original. la masa el volumen son variables estensivas.
un sistema termodinamico puede describir una serie de transformaciones que lo llevan desde un cierto estado inicial (en el que el sitema se encuentre a una cierta presion, temperatura y volumen) a un estado final en que en general las variables tendran un valor diferente durante el proceso el sistema intercambiara energia con los alrededores.
LAS LEYES DE LA TERMODINAMICA
La primera ley de la termodinamica dice que la energia, en el Universo, ni se crea ni se destruye. Por ello, si quemamos leña o carbon como combustible de una maquinaria de vapor no se crea nueva energia, sino que simplemente se convierte de una forma en la otra (en este ejemplo, la energia quimica en energía térmica, la térmica en mecánica, y esra ultima en trabajo).
La segunda ley de la termodinamica dice que toda la energía del Universo sera degradada inevitablemente a calor y que la organizacion de la materia se volvera totalmente aleatoria. En terminos más formales, la segunda ley especifica que la entropia ( una medida de aleatoriedad) de un sistema cerrado aumentará progresivamente y que dentro del sistema disminuirá la cantidad de energia capaz de realizar trabajo util. Un sistema que esté ordenado (no aleatorio) contiene energía en la forma de su ordenamiento, porque el desordenarse ( es decir, como resultado de un aumento de la entropía) podra realizar trabajo.
ENERGIA LIBRE DE GIBBS Y BIOENERGETICA:
Los sistemas vivos deben funcionar a temperaturas y presiones relativamente uniformes, por ello solo pueden darse pequeños gradiantes de temperatura y presion entre las distintas partes de un organismo. en consecuencia, los sistemas biologicos solo pueden utilizar de la energia quimica total disponible el componenete que sea capaz de realizar trabajo en condiciones isotermas. Este componente se denomina energía libre, simbolizado por la letra G. Los cambios de la energía libre se relacionan con cambios de calor y entropia por la ecuacion
en la que ^H es el calor producido o captado por la reacción (o entalpia), T es la temperatura absoluta y (S es el cambio de entropia ( en unidades de cal . mol. K-1 ). Según esta ecuacion es evidente que en una reaccion que no se produzca cambio de temperatura (^H =0), disminuira la energía libre ( es decir ^G sera negativo) si hay un aumento de la entropia ( es decir, ^S sera positivo), y viceversa. La dirección del flujo de energía es hacia el incremento de entropia ( segunda ley), por lo que las reacciones quimicas se produciran espontaneamente si causan un aumento de la entropia ( y con ello, una disminución de energía lebre ). dicho de otra forma, la fuerza impulsora de la reaccion quimica es la disminución de energía libre.
La inevitable tendencia al aumento de entropia, con la ineludible degradación de la enrgia quimica util a energía térmica que no es utizable, requiere que los sistemas vivos han de atrapar o capturar nueva energía de vez en cuando para poder mantener su status quo estructural y funcional. De hecho, la capacidad de extraer energía util del ambiente es una de las caracteristicas mas notables que distinguen a los seres vivos de la materia inanimada.
Con las excepciones de las bacterias y algas quimioautotrofas, que obtienen energia oxidando compuestos inorganicos, y de aquellos animales que obtienen su alimento de estos organismos, toda la vida en la Tierra dependen en ultima instancia de la energía radiante del sol. esta energía electromagnetica (que incluye la luz visible) tienen su origen en la funsion nuclear, un proceso en el que la energía de la estructura atómica se convierte en energía radiante. En ese fenomeno se fusionan cuatro nucleos de hidrogeno para formar un nucleo de hielo, liberandose una enorme cantidad de energia radiante. Una fraccion muy pequeña de energía radiante llega al planeta Tierra, y una parte aun mas pequeña es absorbida por las moleculas de clorofila de las plantas y algas verdes. La energia atrapada por las moleculas de clorofila activadas por la luz se emplea en la sintesis de glucosa a partir de H2O y CO2, que precisa de energia. La energia quimica almacenada en la estructura de la glucosa puede utilizar la planta controlando su liberación en los procesos de respiración celular.
Todos los animales obtienen la energia que necesitan directa o indirectamente a partir de los carbohidratos, grasas y proteinas producidos por las plantas verdes. los herbivoros obtienen estos compuestos ricos en energia alimentandose directamente de los materiales de las plantas, mientras que los depredadores y los detritivoros los obtienen de segunta, tercera o cuarta mano,
