República Bolivariana De Venezuela Universidad Pedagógica Experimental Libertador

Luis Beltrán Prieto FigueroaInstituto Pedagógico de BarquisimetoDepartamento De Ciencias Naturales

Los secretos de la termodinámica jamás

contados en relación a la biología

Barquisimeto, Noviembre de 2014

Desde muy pequeña me ha gustado cantar y bailar; soy la primera de 2 lindos hermanos. Me considero una persona valiente, luchadora, inteligente pero sobre todo soy muy aplicada a mis estudios. Siempre he pensado que en la vida hay que mirar muy en alto para lograr las metas que deseamos, claro siempre y cuando llevar la ética profesional y la humildad a todos lados, cada quien merece ser creador de su propia arte. Estudio en la UPEL-IPB en la especialidad de biología y aspiro prepararme mucho para motivar y ser ejemplo de las próximas generaciones.

Crecí en Siquisique, Municipio Urdaneta, Edo. Lara; donde realice mis estudios de primaria y secundaria. Actualmente curso el IV semestre de Educación, Especialidad Biología en la UPEL-IPB. Creo en Dios todopoderoso, en la intercesión de la virgen, amo a mi familia, defiendo la vida, me encanta sonreír soy una muy buena persona y no he llegado hacer lo incorrecto. Siempre me preocupo por el bienestar de los demás. No me gustan las mentiras y me apasiona las ciencias naturales.

Reseñas Históricas

María de los Ángeles

Valbuena González

Zulanny Milagros Perozo Meléndez

José Leonardo Figueroa Arrieche

En mi adolescencia estuve muy ligado siempre a lo referido a la música, siempre me gustaron las melodías que emergen de los cantantes y grupos de música en español e inglés. Soy una de muchas personas en que me preocupo por el bienestar de otro ya que fueron mis padres que me enseñaron esa virtud. También soy una persona muy aplicada a la hora de mis estudios. Creo que he tenido muchos éxitos de los cuales me siento muy orgulloso. Actualmente soy estudiante de biología en la UPEL-IPB.

Reseñas Históricas

Me caracterizo por ser una persona responsable, sincera y confiable, comprometida con todo lo que me propongo, bastante perfeccionista y enfocada en mis estudios. Me gusta compartir en familia , ver películas y los video juegos. De pequeña siempre me a gustado la educación y a medida que fui creciendo me fue cautivando las ciencias naturales y es por ello que hoy en día estudio biología, para así cumplir con una de las metas que me he propuesto.

Daniela Alejandra Suárez Rosas

Reseñas Históricas

Víctor Tomas Calzadilla Aguirre

Tengo 19 años de edad. Soy Locutor y animador. Estudió en el 4to semestre de Biología en la UPEL-IPB. Me caracterizo por ser amante de la naturaleza, la música electrónica y la aviación. Además soy dibujante y DJ de pasatiempo.

Edduin González Pastrán

Nacido en Carora estado Lara el 17 de Abril de 1995. Profesor en formación en la especialidad de biología en la UPEL-IPB. Desde muy joven apasionado por las ciencias experimentales en especial la biología y la química. Ecologista, amante de la naturaleza, sus estudios, y el contacto directo con la misma. Siempre disfrutando al máximo los momentos compartidos con familiares y amigos. En todo tiempo optimista y confiado en Dios, creyendo que con esfuerzo, dedicación, perseverancia y sobre todo amor se alcanzará cualquier meta propuesta.

Estudio de Casos

María de los Ángeles

Valbuena González

Carlos es un estudiante universitario en la especialidad de biología que va a presentar una exposición acerca de las ecosferas en su clase de ambiental establecido por el Profesor Eduardo Herrera. Carlos acata los parámetros que le toco abarcar para la exposición, pero el profesor Herrera le dice a Carlos que para la exposición todo su contenido tiene que englobar su información en 4 preguntas que son importante para el desarrollo del contenido y se le hará mas fácil entender la información. Carlos investiga en libros de biología, ecología, física y ambiental el punto que le asigno el profesor Herrera. Carlos consigue la información y formula las preguntas con sus respuestas que son: ¿Qué es una Ecosfera?R: Son pequeñas cápsulas herméticas fabricadas de cristal que contienen agua, algas, camarones y bacterias. ¿Cómo es el ciclo vital de las Ecosferas?R: En las ecosferas, la energía luminosa del Sol y el CO2, le permiten a las algas realizar fotosíntesis, los camarones se alimentan de las bacterias y las algas, y, además, respiran el oxígeno que estas últimas liberan. Finalmente, las bacterias comen los desechos de los camarones y le entregan otros nutrientes a las algas. Tanto camarones como bacterias aportan CO2 al ambiente. Así se

completa un ciclo vital totalmente cerrado y autosuficiente.

María de los Ángeles

Valbuena González

¿Cuáles son los elementos principales para que las Ecosferas permanezcan más tiempo en un ecosistema? R: Los seres vivos mas el agua y la luz solar que utilizan como fuente de energía forman un pequeño ecosistema que tiene un tiempo promedio de vida de unos pocos años.¿Qué relación tiene las Ecosferas con la termodinámica?R: Que las ecosferas son sistemas y que ellos tienden a formarse en un estado de desorden o entropía, esto forma parte a la Segunda Ley de la Termodinámica debido a que todos los procesos naturales ocurren en la dirección de aumentar el grado de desorden del universo. Los seres vivos a medida que van creciendo y desarrollándose aprovechan el flujo constante de energía que reciben desde el medio para aumentar su orden interno (disminuye su entropía), manteniendo un alto grado de organización mientras duren sus ciclos vitales.

Llega el día y Carlos se prepara y empieza a exponer toda la información que investigó, además de las preguntas que le asigno el Profesor Herrera frente a sus compañeros de clases. Finalizado con la evaluación, el Profesor Herrera al ver la motivación y el desenvolvimiento que tuvo Carlos a lo largo de la exposición, él le otorga la nota establecida en la evaluación y le brinda unas felicitaciones.Referencia: Rojas; L. (2007) Física I: Manual Esencial de Santillana.[Documento en línea]. Disponible: http://www.ecosferas.com/download/bancorecursos/ecosferas/prensa/Santillana-ChileManualBiologia.pdf

Estudio de Casos

Zulanny Milagros Perozo Meléndez

La termorregulación es el proceso mediante el cual los organismos vivos, como seres humanos y animales mantienen su temperatura corporal dentro de ciertos límites.

En la termodinámica biológica podemos hacer referencia al cuerpo humano al mantener su temperatura interna y evitar la pérdida de calor, gracias a tres capas denominadas epidermis, dermis e hipodermis.

En tal sentido al referirnos a la ley cero de la termodinámica, el cuerpo humano produce su propia temperatura corporal (37°C aproximadamente). Cabe destacar que el órgano que regula la temperatura del cuerpo es el hipotálamo posterior, que está ubicado en la base del cerebro. Cuando la temperatura baja, ésta parte del cuerpo recibe una señal y baja la temperatura de la piel para evitar la pérdida de calor del cuerpo.

Cuando esto sucede contrae los vasos sanguíneos y le envía impulsos nerviosos al cuerpo que provocan temblores involuntarios en nuestros músculos para aumentar la producción de calor metabólico.

Zulanny Milagros Perozo Meléndez

Así mismo la I Ley de la Termodinámica que se refiere a la conservación de la energía es decir, que la energía se convierte de una forma a otra y no se puede destruir, esto se observa en el cuerpo dado que existen capas de piel y reserva de grasas, que al necesitar energía ocurren una serie de reacciones químicas para obtenerla a partir de esas grasas, sin embargo cuando esta reserva no es suficiente, otro mecanismo entra en juego (los impulsos nerviosos al cuerpo para producir movimiento)tras el movimiento de los miembros del cuerpo, se transforma la energía cinética en energía potencial; es decir, una vez que se ha puesto en movimiento recupera un poco de energía con cada tambaleo, de modo que los músculos no tienen que reunir toda la fuerza por si solos. Referencia: Anzola; L. (2010) La Termorregulación.[Documento en línea]. Disponible: http://www.uam.es/personal_pdi/medicina/algvilla/fundamentos/nervioso/termorregulacion.htm

Estudio de Casos

Laura, una estudiante de 16 años de edad se le asigna un informe por parte de la Profesora de física Cristina Gutiérrez, en la cual dicho informe es acerca de la Primera Ley de la Termodinámica estableciendo las relaciones que se producen entre las distintas formas de energía y sus transformaciones en los seres vivos y en el entorno. Laura acata los parámetros que le asigno la profesora Gutiérrez y empieza a investigar acerca de este fenómeno. Laura consigue toda la investigación y realiza el informe. A lo largo que realiza el informe, Laura se topa con muchas inquietudes y se propone varias interrogantes que al mismo tiempo las responden con el material investigado: ¿Por qué los seres vivos son sistemas abiertos?R: Los seres vivos son sistemas abiertos ya que intercambian materia y energía con el medio ambiente. Esto es de acuerdo a la Primera Ley de la Termodinámica o Ley de la Conservación de la Energía, la cual la energía puede transformarse de una forma en otra y se mantiene constante en el universo. ¿Cuáles son los principales tipos de energía que se encuentra en el medio ambiente y que afecta en los seres vivos?R: La energía proveniente del Sol que llega a la Tierra en forma de luz y calor es llamada energía lumínica que con la ayuda de las plantas y de las bacterias fotosintéticas, esta energía sintetizan moléculas orgánicas, por medio de la fotosíntesis. En este proceso, se unen moléculas simples, a través de enlaces químicos, formando moléculas más complejas, como los azucares. La energía presente en estos enlaces, es una forma de energía química que posteriormente, a través de reacciones de oxidación que ocurren en el interior de las células, los organismos transforman en varios tipos de energía que les permiten efectuar sus funciones vitales (nutrición, crecimiento, reproducción y relación).

José Leonardo Figueroa Arrieche

¿Por qué todos los seres vivos requieren energía?R: Los seres vivos requieren energía para impulsar todas las reacciones químicas que tienen en su organismo y que les permiten vivir y realizar sus actividades cotidianas. Un ejemplo claro son las plantas que transforman la energía lumínica del sol, en energía química, que se almacena en los enlaces de las moléculas sintetizadas durante la fotosíntesis. Cuando estos enlaces se rompen, liberan energía, la que es utilizada para llevar a cabo en los procesos metabólicos del vegetal. Luego, un animal al alimentarse del pasto, utiliza la energía que las plantas transformaron y almacenaron, para realizar sus propias reacciones químicas.

Luego de que Laura pudo entender sus inquietudes por medio de su investigación, ella continúa realizando su informe de tal manera que lo finaliza. Llega el día y Laura como una estudiante responsable le entrega el informe a la Profesora Gutiérrez. La Profesora empieza a leer el informe y se sorprende por la forma en que Laura trato de aprender el tema por medio de interrogantes que ella misma invento sin que la profesora se lo fuera asignada. Así mismo respondió las dudas con relación a la investigación propuesta. La profesora encantada por lo que hizo Laura en su informe, le da la puntuación alta de la evaluación. Referencia: Rojas; L. (2007) Física I: Manual Esencial de Santillana.[Documento en línea]. Disponible: http://www.ecosferas.com/download/bancorecursos/ecosferas/prensa/Santillana-ChileManualBiologia.pdf

José Leonardo Figueroa Arrieche

Estudio de Casos

Entropía

Todo se destruye, todo se enfría, todo se desordena. Ésta es la dirección en la que, espontáneamente, todo transcurre en el Universo. Sin embargo, sabemos que es posible construir un edificio, calentar un café, incluso ordenar una habitación. Pero, para hacerlo, debe consumirse energía, a fin de poder ir en contra de aquella tendencia natural hacia el desorden y la uniformidad, la cual es conocida como aumento de la entropía del Universo.

Los seres vivos son las estructuras más exquisitamente complejas de todas las que existen en el Universo. ¿Cómo logran mantener ese orden tan sofisticado, esa compleja organización?, ¿cómo puede desarrollarse todo un individuo a partir de una única célula? ¿Cómo todo esto es posible si la tendencia natural es al desorden, al caos?

Un acondicionador de aire impide el calentamiento espontáneo de las habitaciones debido al intenso calor externo, se opone al aumento de la entropía. Lo logra porque consume energía eléctrica. Pero, con el uso continuo, sus mecanismos se van deteriorando y, cuando alguno falla, ya no puede ir en contra de la entropía y la habitación se calentará, alcanzando el equilibrio térmico. Finalmente, la entropía aumentó.

Daniela Alejandra Suárez Rosas

• Un ser vivo, también se opone al aumento de la entropía, al menos por un determinado tiempo. Desde el momento de la concepción, un ser vivo se va construyendo a partir de nuevas estructuras, adquiriendo una organización funcional cada vez más compleja. También, como el acondicionador de aire, ocurrirá que alguna vez algo fallará, y entonces la destrucción de toda esa sofisticada organización se alcanzará inexorablemente.• Para poder ir en contra de la entropía, el ser vivo requirió, evidentemente, de energía, que obtiene de los enlaces químicos de las sustancias orgánicas. Esto implica que la sustancia debe ser degradada para que libere energía de sus enlaces. Esa energía debe utilizarse lo más eficientemente posible para funcionar, para construir moléculas propias; incluso, el sobrante debe almacenarse por si llegara a hacer falta. Todo esto requiere de un sofisticado conjunto de reacciones físico- químicas interconectadas unas con otras, denominado metabolismo.Referencia: Bergonzi; C (2008) Sistemas y Leyes de la Termodinámica.[Documento en línea] Disponible: http://sistemayleyesdelatermodinamica.blogspot.com/2008/09/sistemas-y-leyes-de-la-termodinmica.html .

Daniela Alejandra Suárez Rosas

Estudio de Casos

Alberto es un estudiante de 18 años de edad y cursa 5to año en el Liceo Tomas Liscano de Quibor. Desde corta edad ha sido un individuo caracterizado por su tamaño, es por ello que decidió inscribirse en el equipo de baloncesto de su liceo y así aprovechar su tamaño además de ejercitarse.

El día de la inscripción, el entrenador le realiza algunas mediciones, las cuales arroja entre algunos datos, los siguientes: Edad: 18 añosAltura: 1,80cmPeso:70Kg

Dichos datos, le confirman al entrenador que esta en condiciones para sumarse al equipo. Una vez inscrito, a Alberto le siguieren en promedio 8 horas de sueño antes de los partidos así como también una buena alimentación para tener un buen rendimiento.

El baloncesto, es un deporte de mucha exigencia física que requiere de un gasto excepcional de energía para realizar la actividad; de 2500Kj/h para ser específicos.

Una vez pasada las 8 horas de sueño sugeridas, Alberto despierta con mucha hambre, por lo cual, antes de salir y empezar a realizar semejante esfuerzo físico, se sienta a desayunar y de camino al partido se come la merienda llegando a ingerir un promedio de 3750kj, los cuales los invertirá en el agitado partido. Luego de 4 cuartos de 10 minutos cada uno y haber ganado el juego, Alberto esta sudando excesivamente y muy cansado, hecho por el cual ingiere bastante agua y se abanica aire con un pañuelo para así poder refrescarse.

 

Víctor Tomas Calzadilla Aguirre

Mas tarde, como premio, el entrenador lleva al equipo a almorzar. Alberto, aprovechando la oportunidad, pide al mesonero: Macarrones, pollo asado, tajadas y ensalada con un acompañante de lentejas cocidas y jugo de naranja ingiriendo de este modo 3642Kj. Luego del almuerzo, llegan al liceo justo a tiempo para entrar a la 1era clase de la tarde según su horario, donde además de estudiar, aprovecha la hora del receso para merendar ingiriendo 1108Kj mientras le comenta y “repite” algunas anécdotas del juego a sus amigos. Así pasan las horas hasta que sale de clase, y llega a su casa a la hora de la cena donde Alberto consume 3500kJ, y luego se va a descansar quedándose dormido hasta el día siguiente.

Durante el transcurso del día, Alberto tuvo un requerimiento o necesidad de ingerir un promedio de 12000Kj de energía, energía que fue invertida en:  • Trabajo físico.• Regulación de la temperatura corporales.• Reacciones de desglozamiento de macromoléculas y demás funciones vitales. 

Y donde, sin saberlo Alberto fue protagonista en la aplicación de las leyes de la termodinámica.Referencia: Pérez; Z. (2009).Termodinámica en el cuerpo humano.[Documento en línea] Disponible: http://www.heurema.com/ApuntesFQ/AQuimica/Termoquimica/Termoqu%EDmica%20del%20cuerpohumano.pdf

Víctor Tomas Calzadilla Aguirre

Estudio de Casos

La Fotosíntesis

La fotosíntesis  es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta

la luz. En este proceso la energía lumínica se transforma en energía química estable, siendo el adenosíntrifosfato (ATP)

la primera molécula en la que queda almacenada esta energía química. Con posterioridad, el ATP se usa para

sintetizar moléculas orgánicas de mayor estabilidad. Además, se debe de tener en cuenta que la vida en nuestro planeta

se mantiene fundamentalmente gracias a la fotosíntesis que realizan las algas, en el medio acuático, y las plantas, en el

medio terrestre, que tienen la capacidad de sintetizar materia orgánica (imprescindible para la constitución de los seres

vivos) partiendo de la luz y la materia inorgánica.

  Los orgánelos citoplasmáticos encargados de la realización de la fotosíntesis son los cloroplastos, unas

estructuras polimorfas y de color verde (esta coloración es debida a la presencia del pigmento clorofila) propias de las

células vegetales. En el interior de estos orgánelos se encuentra una cámara que contiene un medio interno llamado

estroma, que alberga diversos componentes, entre los que cabe destacar enzimas encargadas de la transformación del

dióxido de carbono en materia orgánica y unos sáculos aplastados denominados tilacoides o lamelas, cuya membrana

contiene pigmentos fotosintéticos. En términos medios, una célula foliar tiene entre cincuenta y sesenta cloroplastos en

su interior.

Edduin González Pastrán

Edduin González Pastrán

La fotosíntesis es una reacción redox debido a que cuando las moléculas de agua se parten y liberan el O2, en realidad son oxidadas , es decir, pierden electrones, junto con iones hidrogeno. Mientras tanto el CO2 se reduce a carbohidrato a medida que los e- y los iones H+ se le adicionan. 

6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2

Las plantas como sistemas abiertos realizan procesos energéticos en la cual le sirven de ayuda para el proceso de la fotosíntesis. La entalpia es una función de estado entre reactivos y productos, donde en el caso de la fotosíntesis, se aplica al absorber el CO2 y O2 afectado por la energía solar (fase luminosa) de donde obtenemos glucosa y O2. La entalpia forma parte de la termoquímica que estudia los efectos caloríficos junto con las transformaciones físicas y químicas de un sistema.

Por tanto debemos de tener en cuenta que la cantidad de energía que usa una planta en una semana es equivalente a la que usa un corredor de maratón en una competencia, como vemos las plantas consumen mucha energía solar a lo largo de su vida y su crecimiento depende de los factores antes mencionados, ya que al existir concentraciones superiores de bióxido de carbono a 330 ppm, las plantas no pueden fijar el bióxido de carbono y mucho menos aumentar la producción de oxigeno porque la capacidad de la planta para estos procesos metabólicos se verán superados, dando como resultado un factor limitante para el crecimiento de las plantas. Si en la actualidad las áreas verdes en el planeta fueran más extensas, no se presentaría el calentamiento global, una alternativa a esto es la hidroponía como fuente de desarrollo de cultivos y de áreas verdes. La historia de la tierra nos ha enseñado que la naturaleza busca su equilibrio y es responsabilidad de nosotros a restaurarlo ya que somos nosotros los seres humanos quienes matamos poco a poco a nuestra tierra.Referencia: Pérez ; E. (2009).Fotosíntesis. .[Documento en línea] Disponible: http://es.wikipedia.org/wiki/Fotos%C3%ADntesis

Termodinámica Termodinámica, es un campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de la materia de los sistemas macroscópicos, así como sus intercambios energéticos.

Termodinámica estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico.

La termodinámica estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento.

Principios de la Termodinámica

Principio Cero: Permite definir la temperatura como una propiedad.

Primer Principio: Define el concepto de energía como magnitud conservativa. La primera ley dice que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma, mudando de una forma en otra. La energía es una, pero tiene diversas formas.

Segundo Principio: Define la entropía como magnitud no conservativa, una medida de la dirección de los procesos. La segunda ley resume el concepto de que el calor no es transformable en otra forma de energía, y dado que la energía total es la misma, la misma no se crea ni se destruye, sino se transforma de una forma en otra.

Tercer Principio: Postula algunas propiedades en el cero absoluto de temperatura.

Principio de Margalef

Los seres vivos son sistemas físicos complejos, integrados por un sistema disipativo y uno auto organizativo acoplados entre sí.

El principio de Margalef apunta también que se trata de sistemas físicos complejos, sistemas integrados a su vez por sistemas menores, una suerte de "sistemas subsumidos en sistemas“.

Ninguno, salvo los seres vivos, es capaz de recuperar la energía que disipa como información. Recuperar la energía disipada como información, es la gran diferencia.

La auto organización puede definirse como la capacidad del sistema para generar y/o modificar su propia estructura, a partir de la información que recupera de la propia energía disipada.

No todos los sistemas auto organizativos son a su vez, homeostáticos. La homeostasis en física se define como la "capacidad de un sistema físico para sortear perturbaciones"

¡Muchas gracias!