Bionergia

TRANSFERENCIA DE CALOR EN SERES VIVIENTES

Introducción:

En biofísica los organismos vivos son conocidos por el nombre de biosistemas o biontes, Los seres inertes o abióticos simplemente se designan con el nombre de sistemas. Sería bueno que se familiarizara con estos términos para que logre hacer la diferencia sin recurrir a un exceso de palabras.

Puesto que los biontes son sistemas termodinámicos, ellos dependen de las mismas leyes físicas a las que la materia inerte está sujeta. Los algoritmos de transferencia de calor que son aplicables en los procesos en sistemas inertes también son aplicables en los biosistemas. Así, las leyes que aprendimos en los artículos sobretransferencia de calor y calor almacenado por sistemas inertes son también funcionales para los biosistemas.

Las vías de transferencia de calor que ocurren en los biosistemas son exactamente las mismas que ocurren en la naturaleza abiótica (abiótico significa sin vida). Luego pues, podemos aplicar los procedimientos matemáticos y leyes físicas que gobiernan a la materia inerte en los procesos de los biosistemas.

Comenzaremos con los enunciados de las leyes de la termodinámica y las definiciones y fórmulas de transferencia de calor.

1. LEYES Y FÓRMULAS GENERALES:

Primera Ley de la Termodinámica:

La energía no se crea ni se destruye, solamente se transforma de una clase en otra.

Una segunda versión del enunciado de la primera ley de la termodinámica es la siguiente:

La energía no se crea ni se destruye, solamente cambia de un estado cuántico a otro.

La expresión matemática de la primera ley de la termodinámica es la siguiente:

ΔU = ΔQ – ΔW

En donde ΔU es el incremento en la energía interna de un sistema termodinámico dado, ΔQ es la cantidad de calor aplicado al sistema termodinámico, y ΔW es el cambio en la cantidad de trabajo realizado por el mismo sistema termodinámico.

La formula significa que el cambio de la energía interna de un sistema es igual al calor transferido desde ese sistema, descontando el trabajo hecho por ese sistema en su ambiente.

Segunda Ley de la Termodinámica:

En toda transformación de una forma de energía a otra forma de energía, una cantidad de energía siempre es dispersada hacia otros estados, generalmente en forma de calor.

La expresión matemática de la segunda ley de la termodinámica es la siguiente:

ΔS/Δt ≥ 0

En donde ΔS es el incremento de la entropía, y Δt es el tiempo durante el cual se realizó dicho incremento.

La formula denota que el cambio en la entropía de un sistema termodinámica siempre es más alta o igual que cero, y que el tiempo es la dimensión fundamental en la cual el sistema está realizando trabajo.

La formula nos permite deducir otras conceptualizaciones de la segunda ley, las cuales significan lo mismo, por ejemplo:

1. Ningún sistema puede transformar energía en formas útiles de energía con una eficiencia del 100 por ciento.

2. La energía no puede difundirse espontáneamente desde estados de baja densidad hacia otros estados de alta densidad.

3. El calor nunca es transferido espontáneamente desde sistemas fríos hacia sistemas calientes.

4. La entropía, considerada como la medida del desorden en un sistema termodinámico, se incrementa constantemente a través

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