viernes, 12 de septiembre de 2008

.Sistemas y Leyes de la Termodinámica.

Conjunto de partes relacionadas para cumplir una función

Los sistemas pueden ser abiertos, cerrados o aislados.

Sistemas abiertos: son aquellos que intercambian con el entorno materia y energía. Ejemplo seres vivos, autos, motos etc.

Sistemas cerrados: son aquellos que solo intercambian energía con su entorno. Ejemplo lamparita, lavarropa, heladera etc.

Sistemas aislados: no intercambian ni materia ni energía con su entorno. Ejemplo termo, pila (no en uso)

Los sistemas vivos convierten la energía de una forma en otra a medida que cumplen funciones esenciales de mantenimiento, crecimiento y reproducción. En estas conversiones energéticas, como en todas las demás, parte de la energía útil se pierde en el ambiente en cada paso. Las leyes de la termodinámica gobiernan las transformaciones de energía. La primera ley establece que la energía puede convertirse de una forma a otra, pero no puede crearse ni destruirse. La energía puede almacenarse en varias formas y luego transformarse en otras. Cuando los organismos oxidan carbohidratos, convierten la energía almacenada en los enlaces químicos en otras formas de energía. En una noche de verano, por ejemplo, una luciérnaga convierte la energía química en energía cinética, en calor, en destellos de luz y en impulsos eléctricos que se desplazan a lo largo de los nervios de su cuerpo. Las aves y los mamíferos convierten la energía química en la energía térmica necesaria para mantener su temperatura corporal, así como en energía mecánica, energía eléctrica y otras formas de energía química.

La segunda ley establece que en el curso de las conversiones energéticas, la energía de un sistema en el estado final siempre será menor que la del mismo sistema en el estado inicial.

La energía que se libera como calor en una conversión (reacción química, por ejemplo), no se ha destruido como tal, se ha transformado, pero, para ese sistema particular, la energía que cedió al Universo, deja de estar disponible para realizar trabajo. Para entender esta Ley hay que ubicarse en el sistema que transforma energía. Considere cada sistema que transforma energía como si fuese una cajita chiquita (con tapa perforada) dentro de la gran caja hermética (en cuanto a la energía) que sería el Universo. Lo que escapa de las cajitas, se pierde para ellas, pero queda en la gran caja.

Sobre esto versa la segunda Ley, que dice que en todos los intercambios y conversiones de energía, si no entra ni sale energía del sistema que se estudia, la energía potencial del estado final (la que hay en los productos) es siempre menor a la que había en el estado inicial (en los reactivos). Este enunciado no contradice la primera Ley.

Vamos a enunciar la segunda Ley de otra manera

Todos los procesos tienden a desarrollarse en una dirección tal que el desorden o el estado aleatorio del sistema aumenta.

Detengámonos en un ejemplo. Si tenemos un montón de naranjas y las volcamos en un cajón de madera, no van a quedar en fila, prolijamente dispuestas, tendremos un “revoltijo” de naranjas. Esto ocurre espontáneamente. Si querernos ordenarlas tendremos que gastar energía de alguna manera, y disponerlas de modo tal que una sostenga a otra y el orden se mantenga. Tendremos que hacer un esfuerzo para establecer un orden.

La tendencia natural es al desorden.

Hay una forma de denominar a ese desorden. A la “medida” del desorden (es necesario abstraerse una vez más) se la llama entropía

Todo sistema cerrado, que no intercambie materia y energía con el entorno, tiende hacia un estado de máximo desorden. Para mantener la organización de la cual depende la vida (sistemas abiertos), los sistemas vivos deben tener un suministro constante de energía que les permita superar la tendencia hacia el desorden creciente. El Sol es la fuente original de esta energía. Pensemos en nosotros mismos, mantenemos nuestra organización gracias al alimento que ingerimos. Ingerir alimento significa “desorganizar” las estructuras materiales que constituyen, por ejemplo, una manzana para que podamos aprovechar la materia y la energía que ésta nos proporciona.

El orden que nos caracteriza como seres vivos tiene como costo el desorden del entorno.

Las transformaciones energéticas en las células vivas implican el movimiento de electrones de un nivel energético a otro y, frecuentemente, de un átomo o molécula a otro.

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? Veamos.

Esta analogía nos será muy útil. 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.

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 obtuvo 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.

El metabolismo tiene por finalidad permitir que los organismos vivos luchen en contra del aumento de entropía, desarrollándose, creciendo y reproduciéndose.

En la comprensión del funcionamiento del programa genético, se halla una de las claves par entender cómo es posible el orden que caracteriza a los seres vivos.

El programa genético contenido en el ADN, es una cuña contra el desorden.

1 comentario:

ponoloot dijo...

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