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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR

FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS Facultad:

QUÍMICA FARMACÉUTICA Carrera:

FÍSICO-QUÍMICA I Materia:

SHELEE BEDÓN JOHANA OCHOA

2018-2018

SISTEMAS TERMODINÁMICOS El término sistema, como se emplea en termodinámica, se refiere a cierta porción del universo incluida dentro de una superficie cerrada llamada límite del sistema. La superficie límite puede encerrar un sólido, un líquido, un gas, una colección de dipolos magnéticos e incluso energía radiante o fotones en el vacío. La superficie límite no está determinada, necesariamente ni en su forma ni en su volumen. (Sears, 1980) En muchos problemas de termodinámica intervienen intercambios de energía entre un sistema dado y otros sistemas. Cualquier sistema que pueda intercambiar energía con un sistema dado, se llama medio ambiente, medio exterior o entorno del sistema. Un sistema y su medio exterior conjuntamente, se dice que forman un universo. (Sears, 1980)

Explique con 5 ejemplos cada uno de los sistemas termodinámicos. Sistema abierto Es aquel que intercambia materia y energía (calor y trabajo) con el entorno que los rodea, ya sea tomando de él, expulsando hacia él o las dos cosas (Muller, 2002).

Abierto Transferencia de energía Transferencia de masa

Ejemplos

Fig. 1.Sistema Abierto

1. Una olla de agua hirviendo. La energía introducida al sistema por el fuego transforma el agua en gas, que es liberado de vuelta al medio ambiente. Sin esa inyección de calor constante, el agua dejará de hervir; y sin espacio para salir, el vapor (materia) aumentará la presión hasta reventar la olla. 2. Un motor a combustión. Los motores son sistemas complejos que generan movimiento a partir de la combustión de combustible como la gasolina o diésel (materia), dicha combustión elimina esmog (materia en forma de gas) al entorno. Cabe recalcar que sin el suministro de gasolina o diésel la moto no se movería, pues requiere la energía originada por la combustión. 3. Una trituradora de papel. Este artefacto de oficina opera como un sistema abierto, pues requiere de la introducción de materia (papel) para triturar y de energía (eléctrica) para operar sobre ella. 4. Los saunas. Para producir el vapor contenido en los saunas, se requiere de agua (materia) y energía (fuego) para producir el vapor de agua y permitir que se acumule en el recinto cerrado. Después de un período, el vapor desaparecerá y se necesitará una nueva inyección de insumos al sistema. Al igual al abrir la puerta para ingresar una persona el vapor y calor de este sistema sale al entorno.

5. Un reactor nuclear. La electricidad generada en el reactor y que es conducida hacia el ambiente, es producto de la fusión del uranio (u otros elementos) en una reacción atómica controlada que permite generar mucha energía calórica aprovechable, pero también produce muchos desechos tóxicos que son eliminados al entorno.

Sistema Cerrado Es aquel en el cual no hay transferencia de masa a través de la frontera, no obstante pueden intercambiar diversas formas de energía entre el sistema dado con otros sistemas. (Muller, 2002)

Abierto Transferencia de energía NO transferencia de masa

Fig. 2. Sistema Cerrado

Ejemplos 1. Globo de helio. El helio contenido en un globo que se calienta bajo la acción de la radiación solar. Permite notar que la frontera del sistema cerrado no es rígida y por el contrario variará con el tiempo. Despreciando la difusión del gas a través de la membrana, el sistema sufrirá transformaciones, pero su masa se mantendrá constante. 2. Los bombillos o focos. No necesitan materia para operar, pero sí energía eléctrica constante: en el momento en que se la corte, cesarán en su emisión de luz, que dicho sea de paso es también una forma de energía transmitida al entorno. 3. Un teléfono celular. Si bien no requiere para su funcionamiento cotidiano que se le introduzca materia, sí precisa de electricidad a diario, pues al agotarse la batería dejará de funcionar. 4. El planeta tierra. De forma similar, la Tierra opera sin intercambios de materia con respecto al vacío que la circunda o a los demás planetas y objetos celestes,

pero recibe energía solar constantemente, la cual es un elemento importante para mantener la vida en el planeta. 5. Los televisores. Estos artefactos funcionan a partir del consumo de energía eléctrica, para emitir luz de diversos tipos y modulaciones, junto con ondas sonoras, al medio externo. Pero no requieren de inyección de materia, ni la masa en su interior es alterada.

Sistema aislado No se producen transferencias ni de energía ni de materia con el medio exterior o entorno del sistema. (Muller, 2002)

Abierto NO transferencia de energía NO transferencia de masa

Fig. 3. Sistema Aislado

Ejemplos 1. Los trajes de neopreno. Un hombre embutido en estos trajes, usualmente para el buceo o submarinismo, se encuentra protegido durante un período de tiempo del intercambio calórico entre el agua y su cuerpo, de igual manera impide que el agua de mar (materia) penetre al interior del mismo. 2. Los termos. Durante un período puntual de tiempo, los termos logran aislar el calor contenido en su interior y evitar la fuga de energía hacia el medio ambiente, a la par que impidiendo el derramamiento del contenido o la introducción del mismo. 3. Una bombona de gas. La bombona de gas contiene el gas a presión, donde el gas está aislado de la materia y la energía a su alrededor en condiciones normales; ya que es posible que el calentamiento de la bombona obligue el gas a expandirse y ocurra una tragedia.

4. Los alimentos enlatados. En condiciones normales, estos alimentos se encuentran lejos de cualquier intercambio de materia o de energía. Pues están cerrados herméticamente. 5. Una cámara hiperbárica. permiten aislar de las condiciones atmosféricas a los buzos con burbujas de nitrógeno en la sangre, evitando el intercambio de materia y energía, o al menos no en cantidades apreciables y significativas.

Explique la primera ley de la termodinámica para el sistema abierto. ¿Porque en el cuerpo humano la temperatura se mantiene constante? TERMODINAMICA EN SERES VIVOS: EL HOMBRE Y EL ECOSISTEMA Desde la termodinámica la vida es un proceso irreversible y el ser humano, es un sistema abierto, que intercambia materia y energía con su entorno mediante un proceso isotérmico, porque consume energía en forma de nutrientes y desarrolla un trabajo interno y externo respecto al sistema. El trabajo interno lo realiza mediante el metabolismo cumpliendo funciones de reacción química, para degradar moléculas en el catabolismo o para conformar moléculas en el anabolismo y en ambos casos se libera calor hacia el entorno, dicho calor permite mantener su temperatura constante en 37ºC. La primera ley de la termodinámica nos dice que la energía no se crea ni se destruye solo se trasforma y al igual que todos los principios de la termodinámica, se basa en sistemas en equilibrio. Pero los seres vivos no son sistemas en equilibrio, así lo demuestra la célula que para estar en funciones de vida requiere de condiciones diferenciadas entre los compartimentos del intra y extracelular (Zambrano, 2016). Debemos tener en cuenta a partir de la aplicación conceptual de la termodinámica en los seres vivos se considera que:       

La energía no está contenida en el sistema El concepto de energía solo indica la capacidad del sistema para transformar otras formas de energía en trabajo útil La célula es un sistema abierto, heterogéneo, que no se encuentra en equilibrio cuya forma útil de energía es la Energía Libre y la forma menos útil es el Calor. La célula es una maquina química que transforma energía en condición isotérmica (y de alguna manera también en condición Isobárica) Salud: manejo óptimo de la energía por la célula. Enfermedad: manejo inadecuado de la energía. Muerte: Pérdida del manejo de la energía por la célula.

Bibliografía Muller, E. A. (2002). Termodinámica Básica. Caracas, Venezuela. Sears, F. (1980). Termodinámica, teoría cinética y termodinámica estática. Madrid: Reverté, S.A. Zambrano, D. E. (2016). TERMODINÁMICA Y MEDICINA., (pág. 11). Obtenido de TERMODINÁMICA Y MEDICINA: file:///C:/Users/Downloads/Villanueva%20Dolores,%20Termodinámica%20y% 20Medicina.pdf