Área fÍsica biolÓgica

ÁREA FÍSICA BIOLÓGICA

CURSO REGULAR 2008

6 de Agosto Día del

Veterinario

Profesor a Cargo  Prof. Asociado Dr. Humberto O. Cisale 

Profesores  Prof. Asociada Dra. María Rosa Ferrari  Prof. Adjunta Ing. María Gisele Rita Sabalza 

Jefes de Trabajos Prácticos

 Mag. Carlos Daniel Blasi Méd. Vet. Susana Haydeé Campi Lic. Jorge Claudio Damin Dra. María Laura Fischman Méd. Vet. Susana María Giuliano Méd. Vet. Miguel Angel Rivolta Lic. Sonia Elena Spirito  

Ayudantes Primeros  Méd. Vet. María Susana Ghirardosi  Vet. Liliana Olga González Vet. Andrés Jorge Vet. Daniela Malcervelli Vet. Carolina Petit Lic. Ariel Horacio Ré Vet. Jorge Federico Suhevic Vet. Laura Torres Bianchini Med. Vet. Claudio Andrés Vega Vet. Gabriela Natalia Vilar

www.fisicabiologica.com.ar

InformacionesNoticiasNotas de exámenesGuías de Problemas y Trabajos PrácticosBibliografía ampliatoriaInvestigación del área

fisbio@fvet.uba.ar

Estructura de la materia• Clases teóricas

• Clases prácticas:– Introducciones teóricas y problemas– Explicación de prácticas de

laboratorio– Prácticas de laboratorio

Condiciones de Regularidad

• Promoción:– 75% presentes– 60% actividades teórico prácticas– 6 informes aprobados– 8 puntos o más en los dos parciales– Preguntas integradoras

• Regularidad:– 75% presentes– 60% actividades teórico prácticas– 4 informes aprobados– Dos parciales aprobados (6 puntos o más, 1

recuperatorio)

Condiciones de Regularidad

• Asistencia cumplida:– 75% presentes– 60% actividades teórico prácticas– 4 informes aprobados– Desaprobación de uno o más parciales– Permite rendir los parciales en el cuatrimestre

siguiente• Libre:

– Incumplimiento de alguna de las condiciones anteriores

Termodinámica de los seres vivos

Parte de la Física que estudia los fenómenos que dependen de la

temperatura, magnitud que sólo puede ser definida

para sistemas macroscópicos.

•Fenómenos vinculados al movimiento molecular

•Teoría fenomenológica

•Modelos innecesarios

•Determinación experimental de las magnitudes físicas

Conde Rumford

Calor = forma de energía (1798)

Robert Mayer Calculó eq. mecánico del calor. Enunció primer Principio (1841)

James P. Joule Midió eq. mecánico del calor. Exp.: E° interna de un gas sólo depende de la T.

Sadi Carnot Máquinas térmicas. Enunció segundo Principio.

Lord Kelvin Bases del primer y segundo Principio. Estableció la escala absoluta de T.

Rudolf Clausius

Enunció segundo Principio.

W. Nernst Desarrolló el tercer Principio (1906).

Desarrollada entre otros por:

TEMPERATURA

Temperatura

•Tacto: determinación cualitativa y subjetiva. + frío o + caliente.

•“Todo sistema macroscópico posee una propiedad denominada temperatura que indica el estado térmico del mismo”.

•Escala térmica arbitraria para asignarle un valor numérico a cada estado térmico.

•Independientemente del sistema, a un tiempo suficiente, todas las partes tendrán la misma temperatura: equilibrio térmico.

Termometría

•Estudio de las diferentes escalas de temperatura y su forma de medición.

•Las aceptadas internacionalmente son: Celsius o centígrada y la Kelvin o absoluta.

•Objeto con propiedad termométrica (que varíe con la T)•Volumen, resistencia eléctrica, tensión en un par termoeléctrico (termocupla)•Características:

•Repetibilidad•Sensibilidad•Variación matemática con la T•Rango variable

TERMÓMETRO

T equilibrio agua/hielo

T H2O en ebullición

Ambas a 1 atm

Escala Kelvin o absoluta:

Dada la ecuación general de los gases:

TRnVP

Si graficamos P.V vs. T

Para igual n de distintos gases:

TcteP

Para distintos n para iguales gases:

Explicación por la Mecánica Estadística

presión = choque de moléculas contra las paredes del recipiente

presión cero para un gas = moléculas en reposo respecto del recipiente (imposible)

Sistema termodinámico• Cualquier sistema macroscópico.

• Para definirlo: – medios que lo forman (gas, líquido,

sólido, mezclas, etc.)– vínculos que lo restringen (aislado,

abierto, presencia de campo eléctrico, recipiente adiabático, etc.).

Una vez definido el sistema:

•variables de estado = magnitudes físicas medibles (T, V, p) que caracterizan su estado termodinámico.

Si las variables de estado permanecen constantes en el tiempo = equilibrio termodinámico

Sistema termodinámico

Transformaciones termodinámicas: cambio en las condiciones de equilibrio por distintos mecanismos.

Los principales son: Mecánico: cambio directo de V sin

intercambio de calorTérmico: interacción con otro a distinta T

con intercambio de calor

En sistemas termodinámicos simples homogéneos El mismo estado final puede lograrse mediante dos perturbaciones distintas, una mecánica (Trabajo) y la otra térmica (Intercambio de calor).

Dado que el tipo de energía (mecánica o térmica) depende del tipo de interacción, el contenido de energía de un sistema termodinámico se lo define como Energía Interna. (Importa su )

TrabajoMagnitud física que permite calcular el intercambio de energía mecánica en las interacciones.

Se define como:

dsFdW tg Ftg = componente de la fuerza en la dirección del movimiento ds = desplazamiento elemental

Unidades = las mismas de energía (Joule, ergio, electrón-volt, etc.).

Magnitud física que permite calcular el intercambio de energía térmica entre dos sistemas a distinta temperatura, debido a esa diferencia de temperaturas.

Para que haya calor intercambiado es necesario que por lo menos dos cuerpos o partes de un sistema estén a distinta temperatura simultáneamente.

Cantidad de Calor

Unidades = a las de la energía (Joule, ergio, electrón-volt, etc.).

Caloría : Cantidad de calor necesaria para elevar en 1ºC la temperatura de un gramo de agua a presión atmosférica.

La equivalencia entre trabajo y calor se expresa en la Experiencia de Joule (TP)

CALORIMETRIA

Permite calcular el calor intercambiado entre dos cuerpos a distinta temperatura.Se utiliza la Ecuación General de la Calorimetría:

 Si Q es positivo = el sistema recibió calor Si Q es negativo = el sistema entregó calor

TmcQ e

calor específico ce: cantidad de calor necesaria para aumentar en 1C a 1 gramo de sustancia. Las unidades:

El calor específico de una sustancia es distinto si el proceso se realiza a presión constante o a volumen constante. A presión constante se modifica el volumen del cuerpo y parte del calor intercambiado se gasta en trabajo mecánico (p. V). En consecuencia, el calor específico a presión constante (cp) será mayor que el correspondiente a volumen constante (cv).

Cºgcal

La T es igual, pero la Q es diferente para cada V de agua.

Si se calientan a la misma T esferas metálicas de igual masa, se hunde a mayor profundidad la que

tiene más calor específico.

Calor latente: cantidad de calor que hay que entregar para cambiar de estado a 1 g de la sustancia.

Q = ce . m . (T) + m . Clatente

CAMBIO DE ESTADOSólido Líquido Gaseoso

Transmisión del calor• Cuando dos cuerpos que interactúan se

encuentran a diferente temperatura, intercambian calor.

• Se produce un flujo de calor desde el más caliente al más frío hasta alcanzar el equilibrio térmico (ambos cuerpos a la misma T).

• Puede producirse entre porciones de un mismo cuerpo y entre cuerpos que no estén en contacto.

• Las formas de transmisión del calor son: conducción, convección, y radiación.

• Se manifiesta principalmente en los cuerpos sólidos • Se caracteriza por el pasaje del calor desde los puntos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura sin desplazamiento apreciable de materia• La transmisión de calor puede producirse de una parte a otra del mismo cuerpo o de un cuerpo a otro en contacto con él.

Conducción del Calor

Se rige por la Ley de Fourier:

xTKJ

Donde K es cte., y depende del material (conductividad térmica)

Se calienta más el cucharón por ser mejor conductor del calor (metal) que la cuchara de madera.

• Se manifiesta en líquidos y gases por el desplazamiento de porciones de materia que se encuentran a diferentes temperaturas.

• Puede ser: natural ( de densidad por de temperatura) forzada (provocado por medios mecánicos, [agitador en líquidos o ventilador en gases]).

Convección

La porción de líquido más caliente asciende hacia la superficie y la menos caliente desciende, originando corrientes de convección.

• El calor pasa de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura sin que exista un vínculo material entre ellos. • Esto indica que el calor se puede transmitir en el vacío, en forma de ondas electromagnéticas denominadas comúnmente radiación o energía radiante. •El tipo de energía electromagnética estará dado por la frecuencia del movimiento de los átomos.

Radiación

El calor se transmite por radiación a través del aire.

•En la naturaleza el calor se transmite en dos o tres formas simultáneamente.•Algunas sustancias son buenas conductoras, mientras que otras son malas conductoras o aislantes.•Todos los cuerpos (cualquiera sea su T) emiten energía en forma continua de su superficie.•La energía radiante es emitida por toda la materia del cuerpo, pero en el interior es reabsorbida, por lo que sólo se libera la energía correspondiente a una delgada capa de la superficie.