Proyecto Final. Segunda ley de la termodinámica en la vida de un ser humano
desde el punto de vista físico.
Miguel A. López Toledano Junio J unio 2014
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Proyecto Final Segunda ley de la termodinámica aplicada en el ser humano desde el punto de vista físicoo.
Introducción Una máquina térmica es un dispositivo que transforma calor en trabajo mecánico, opera entre dos depósitos a diferente temperatura, y el trabajo mecánico se obtiene si el calor se transfiere del depósito con mayor temperatura al depósito de menor temperatura. De la segunda ley de la termodinámica, que sostiene que ninguna máquina
térmica puede transformar en energía mecánica todo el calor que se transfiere en el proceso de operación, se deriva el concepto de eficiencia térmica (N), el cual se define como el cociente del trabajo obtenido y el calor que se le suministra, N = W/Q. W/Q. El objetivo del presente documento es explicar algunos de los conceptos clave, así como antecedentes que contribuyeron a la formulación del segundo principio de de la termodinámica, así como la relación inevitable de esta ley con los procesos que ocurren en el ser humano visto desde una óptica física con los conceptos de irreversibilidad y de entropía de una máquina térmica. La termorregulación sirve para describir los procesos que mantienen el equilibrio entre ganancia y pérdida de calor en calor en los seres vivientes, incluyendo a los seres humanos.
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ÍNDICE Introducción Antecedentes Históricos Definición de la Segunda Ley de la Termodinámica El Ser Humano como una Máquina Térmica Procesos Reversibles Reversibles e Irreversibles Principio de Carnot en el Ser Humano Entropia Cálculos y Principio de Incremento de la Entropia Conclusiones Bibliografía y Fuentes de Consulta
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Antecedentes Históricos Históricos..
Es consideración importante mencionar y citar a algunos de los científicos que a lo largo de la historia, proporcionaron a la ciencia conocimientos y descubrimientos de gran importancia para la formulación y enunciación de la segunda ley de la termodinámica. Nicolas Léonard Sadi Carnot fue un ingeniero francés, pionero en el estudio de la termodinámica. Se le reconoce hoy como el fundador de la termodinámica. En 1824, publicó su obra maestra: "Reflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las máquinas adecuadas para desarrollar esta potencia", donde expuso las ideas que darían forma al segundo al segundo principio de la termodinámica. termodinámica. Los conocimientos plasmados en este documento fueron retomados y difundidos por el físico y matemático Rudolf Clausius. Como reconocimiento a las aportaciones del primero, el principio de Carnot se rebautizó como “Principio de Carnot-Clausius”. Este principio permite determinar el máximo rendimiento de una máquina térmica en térmica en función de las temperaturas de su fuente caliente y de su fuente fría. Rudolf Julius Emmanuel Clausius fue un físico y matemático alemán, considerado uno de los fundadores centrales de la ciencia de la termodinámica. En su nueva formulación del principio de Sadi Carnot, conocido como ciclo de Carnot, propuso la teoría del calor conocida como la ley de la Constantinopla térmica sobre una base más sólida y más verdadera. En su trabajo más importante sobre la teoría mecánica del calor, publicado en 1850, estableció por primera vez las ideas básicas de la segunda ley de la termodinámica. En 1865 introdujo una versión matemática del concepto de entropía. Claus eligió la palabra “entropía”, del griego entropein, que significa “contenido transformador” o “transformador de contenidos”. William Thomson, primer barón Kelvin, fue un físico y matemático británico. Kelvin se destacó por sus importantes aportaciones en la física, principalmente en la termodinámica y en la electricidad. Kelvin realizó sus estudios en la Universidad de Glasgow y en Peterhouse, Universidad de Cambridge. Trabajó en numerosos campos de la física, sobresaliendo especialmente sus t r a b a j o s s o b r e t e r m o d i n á m i c a, a , como el PROYECTO FINAL
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descubrimiento y cálculo del cero absoluto. absoluto. A pesar de que científicos anteriores a William Thomson, tales como Robert Boyle discutían sobre la cercanía a una temperatura mínima absoluta, William Thomson acertó matemática y físicamente en los cálculos de dicha temperatura ideal. El cero absoluto de temperatura tiene una gran importancia para la comprensión de la segunda ley de la termodinámica, ya que se trata de la temperatura teórica más baja posible. A esta temperatura el nivel de energía interna del sistema es el más bajo posible, por lo que las partículas, según la mecánica clásica, carecen de movimiento. El cero absoluto sirve de punto de partida tanto para la escala de Kelvin como para la escala de Rankine. Por otra parte el cero absoluto juega un papel muy importante en la conceptualización de la entropía ya que materializando el valor teórico del cero absoluto de temperatura, la entropía entropía de un cristal ideal puro y perfecto sería cero. Si los átomos que lo componen no forman un cristal perfecto, su entropía debe ser mayor que cero, por lo que la temperatura siempre será superior al cero absoluto y el cristal siempre tendrá imperfecciones inducidass por el movimiento de sus átomos, necesitando un movimiento que lo inducida compense y, por lo tanto, teniendo siempre una imperfección residual. Cabe mencionar que a 0 K absolutamente todas las sustancias se solidificarían y que según el actual modelo del calor, las moléculas perderían toda capacidad de moverse o vibrar. Max Planck fue un físico alemán considerado como el fundador de la teoría cuántica y galardonado con el Premio Nobel de Física en 1918. Aunque en un principio fue ignorado por la comunidad científica, profundizó en el estudio de la teoría del calor y descubrió, uno tras otro, los mismos principios que ya había enunciado Josiah Willard Gibbs (sin conocerlos previamente, pues no habían sido divulgados). Las ideas de Clausius sobre la entropía ocuparon un espacio central en sus pensamientos. En 1900, descubrió una constante fundamental, la denominada constante de Planck, usada para calcular la energía de un fotón. Esto significa que la radiación no puede ser emitida ni absorbida de forma continua, sino solo en determinados momentos y pequeñas cantidades denominadas cuantos o fotones. La energía de un cuanto o fotón depende de la frecuencia de la radiación: donde h es la constante de Planck y su valor es 6,626 por 10 elevado a -34 julios por segundo o también 4,13 por 10 elevado a -15 electronvoltios por segundo.
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Definición de la Segunda Ley de la Termodinámica. Termodinámica.
Todo proceso que involucra un cambio en la manifestación de la energía van en cierta dirección (con respecto al tiempo o al mismo fin) y no en dirección contraria. La primera ley de la termodinámica no restringe la dirección de un proceso, pero satisfacerla no asegura que en realidad ocurra el proceso. Esta falta de adecuación de la primera ley para identificar si un proceso puede tener lugar se remedia introduciendo otro principio general, la segunda ley de la termodinámica. Existen varios enunciados válidos de la segunda ley de la termodinámica, algunos de ellos tienen relación con algunos dispositivos de ingeniería que operan en ciclos. Sin embargo, el uso de la segunda ley de la termodinámica no se limita a identificar la dirección de los procesos, también afirma que la energía tiene calidad así como cantidad. La primera ley se relaciona con la cantidad de energía y las transformaciones de energía de una forma a otra sin considerar su calidad. Conservar la calidad de la energía es una cuestión importante para los ingenieros , y la segunda ley provee los medios necesarios para determinarla, así como el grado de degradación que sufre la energía durante un proceso. La segunda ley de la termodinámica se usa también para determinar los límites teóricos en el desempeño de sistemas de ingeniería de uso ordinario, como máquinas térmicas y refrigeradores (en el caso de este artículo, se mencionará sobre la aplicación y el uso cotidiano en el cuerpo de un ser humano), así como predecir el grado de terminación de las reacciones químicas. La segunda ley está también estrechamente asociada con el concepto de perfección. De hecho, la segunda ley define la perfección para los procesos termodinámicos. Se puede usar para cuantificar el nivel de perfección de un proceso y señalar la dirección para eliminar eficazmente las imperfecciones. En el desarrollo de la segunda ley de la termodinámica, es muy conveniente tener un hipotético cuerpo que posea una capacidad de energía térmica relativamente grande (masa X calor específico) que pueda suministrar o absorber cantidades finitas de calor sin experimentar ningún cambio de temperatura. Un cuerpo no tiene que ser muy grande para considerarlo como un depósito; cualquier cuerpo físico cuya capacidad de energía térmica es grande con respecto a la cantidad de energía que suministra o absorbe se puede modelar como depósito. Un depósito que suministra energía en la forma de calor se llama fuente, y otro que absorbe energía en la forma de calor se llama sumidero. Los depósitos de energía térmica suelen denominarse depósitos de calor porque proveen o absorben energía en forma de calor. calor. El trabajo se puede convertir en calor de manera directa y por completo, pero convertir el calor en trabajo requiere usar algunos dispositivos especiales estos se denominan máquinas térmicas, en el capítulo posterior definiremos las
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características de una máquina térmica y por que el ser humano puede ser considerado como tal. Ninguna máquina térmica puede convertir todo el calor que recibe en trabajo útil. Esta limitación de la eficiencia térmica de las máquinas térmicas forma la base para el enunciado de Kelvin-Planck de la segunda ley de la termodinámica, que se expresa como sigue: “Es imposible que un dispositivo que opera en un ciclo reciba calor de un solo depósito y produzca una cantidad neta de trabajo.” Es decir, una máquina térmica debe intercambiar calor con un sumidero de baja temperatura así como con una fuente de temperatura alta para seguir funcionando. Es interesante reconocer que la imposibilidad de tener una máquina térmica con 100 por ciento de eficiencia no se debe a la fricción o a otros efectos de disipación, es una limitación que se aplica a las máquinas térmicas ideales y reales. Existen dos enunciados clásicos de la segunda ley, el de Kelvin-Planck que se relaciona con las máquinas térmicas y analizado en la sección precedente, y el de Clausius, relacionado con refrigeradores o bombas de calor. El enuncia- do de Clausius se expresa como sigue: “Es imposible construir un dispositivo que opere en un ciclo sin que produzca ningún otro efecto que la transferencia de calor de un cuerpo de menor temperatura a otro de mayor temperatura.” Los enunciados de Kelvin-Planck y Clausius son equivalentes en sus consecuencias, y se puede usar cualquiera como expresión de la segunda ley de la termodinámica. Cualquier dispositivo que viole el enunciado de KelvinPlanck también viola el de Clausius, y viceversa.
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El Ser Humano como una Máquina Térmica
Para poder detallar en la relación que tiene el principio térmico del funcionamiento del cuerpo humano en relación con el de una máquina térmica, es pertinente definir que aspectos caracterizan a una máquina térmica. Las máquinas térmicas difieren bastante entre sí, pero es posible caracterizarlas a todas de la siguiente manera: 1. Reciben calor de una fuente a temperatura alta (energía solar, horno de petróleo, reactor nuclear, nuclear, etcétera). etcéte ra). 2. Convierten parte de este calor en trabajo (por lo general en la forma de una flecha rotatoria). 3. Rechazan el calor de desecho hacia un sumidero de calor de baja temperatura (la atmósfera, los ríos, etcétera). 4. Operan en un ciclo. Las máquinas térmicas y otros dispositivos cíclicos por lo común requieren un fluido hacia y desde el cual se transfiere calor mientras experimenta un ciclo. Al fluido se le conoce como fluido de trabajo. El término máquina térmica se usa con frecuencia en un sentido más amplio que incluye dispositivos que producen trabajo que no operan en un ciclo termodinámico. Las máquinas relacionadas con la combustión interna, como las turbinas de gas y los motores de automóviles, entran en esta categoría. Estos dispositivos operan en un ciclo mecánico pero no en un ciclo termodinámico, porque el fluido de trabajo (los gases de combustión) no experimenta un ciclo completo. En lugar de ser enfriados a la temperatura inicial, los gases de escape se purgan y se reemplazan por una mezcla fresca de aire y combustible al final de ciclo. El cuerpo humano tiene un comportamiento parecido al de una máquina térmica, sin embargo el desarrollo de la vida humana y sus actividades difiere de la concepción formal de una máquina térmica, ya que no depende de una fuente de temperatura externa que directamente le transmita energía para ser transformada en trabajo y en un residuo de calor, sin embargo químicamente ocurren reacciones que nos permiten absorber nutrientes y convertir la energía proporcionada por los alimentos al ser ingeridos, a este proceso biológicamente se le denomina metabolismo, a diferencia de una máquina térmica el ser humano depende de múltiples variables para conocer la eficiencia en la transformación de energía química potencial de los alimentos con respecto al trabajo en el organismo. Sin embargo, resulta indispensable que el cuerpo PROYECTO FINAL
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humano mantenga una temperatura promedio (36-37ºC denominados límites fisiológicos) para desarrollar sus actividades, esto se logra gracias a la termorregulación de los sistemas biológicos. La termorregulación se logra por tres mecanismos: Actividad muscular voluntaria, actividad muscular involuntaria (escalofrío ausente), termogénesis (no dependiente de la actividad muscular). La producción de calor se realiza por activación de los triglicéridos, que son paulatinamente hidrolizados por una enzima lipolítica. Una ultima relación que podemos encontrar del ser humano con una máquina térmica es que el calor rechazado cuando se efectúa alguna actividad (principalmente aquellas que conllevan un esfuerzo en el cuerpo humano como: hacer ejercicio o simplemente caminar) puede provocar a un sobrecalentamiento que rebasa los límites fisiológicos, esto debido a que el cuerpo humano como máquina térmica con las características previamente descritas rechaza el calor generado por el trabajo hacia un sumidero de menor temperatura, este sumidero por lo general es la piel (órgano externo), sin embargo los seres humanos poseen la cualidad de la homeostasis, que es la tendencia de un sistema a buscar el equilibrio o una compensación en caso de un agente o una situación en la que el cuerpo tienda a salirse de los límites fisiológicos; en el caso de la temperatura nosotros poseemos un sistema de regulación térmica, en el caso de que el cuerpo se calienta de manera excesiva, se envía información al área preóptica, ubicada en el cerebro, por delante del hipotálamo. Este desencadena la producción de sudor. El humano puede perder hasta 1.5 l de sudor por hora. Por otra parte los vasos periféricos se dilatan y la sangre fluye en mayor cantidad cerca de la piel favoreciendo la transferencia de calor al ambiente. Por eso, después de un ejercicio la piel se enrojece, ya que está más irrigada. Estos sistemas de homeostasis térmico ayudan a que la entropía presente en los diversos intercambios de energía en el organismo no tenga un impacto demasiado nocivo. Sin embargo la entropía tiene como principio fundamental el carácter de irreversibilidad que tanto en el caso de las máquinas térmicas como en el de los humanos es eminente.
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Procesos Reversibles e Irreversibles.
Un proceso reversible se define como un proceso que se puede invertir sin dejar ningún rastro en los alrededores. Es decir, tanto el sistema como los alrededores vuelven a sus estados iniciales una vez finalizado el pro- ceso inverso. Esto es posible sólo si el intercambio de calor y trabajo netos entre el sistema y los alrededores es cero para el proceso combinado (original e inverso). Los procesos que no son reversibles se denominan procesos irreversibles. Se debe señalar que es posible volver un sistema a su estado original siguiendo un proceso, sin importar si éste es reversible o irreversible. Pero para procesos reversibles, esta restauración se hace sin dejar ningún cambio neto en los alrededores, mientras que para procesos irreversibles los alrededores normalmente hacen algún trabajo sobre el sistema, por lo tanto no vuelven a su estado original. Los procesos reversibles en realidad no ocurren en la naturaleza, sólo son idealizaciones de procesos reales. Los reversibles se pueden aproximar mediante dispositivos reales, pero nunca se pueden lograr; es decir, todos los procesos que ocurren en la naturaleza son irreversibles. El concepto de proceso reversible conduce a la definición de eficiencia según la segunda ley para procesos reales, que es el grado de aproximación al proceso reversible correspondiente. Esto permite comparar el desempeño de diferentes dispositivos diseñados para hacer la misma tarea con base en sus eficiencias. Mientras mejor sea el diseño, menores son las irreversibilidades y mayor es la eficiencia según la segunda ley. ley. Los factores que causan que un proceso sea irreversible se llaman irreversibilidades, las cuales son la fricción, la expansión libre, el mezclado de dos fluidos, la transferencia de calor a través de una diferencia de temperatura finita, la resistencia eléctrica, la deformación inelástica de sólidos y las reacciones químicas. La presencia de cualquiera de estos efectos hace que un proceso sea irreversible. En el caso de los procesos metabólicos que se llevan a cabo en los seres humanos, así como el desgaste de sistemas como el óseo o el muscular dificultan que el sistema humano (general) pueda catalogarse como un sistema irreversible, sin embargo el concepto y la idealización de la reversibilidad sirven como modelo para el análisis al que pueden llegar diversas disciplinas de las ciencias tales como la fisiología, la biología, la anatomía o la medicina a partir de la concepción y de la aportación de la física. En el caso de los procesos que lleva a cabo el ser humano, los procesos suelen ser irreversibles tanto internamente como externamente, ya que dentro de las fronteras del sistema están sujetas a constantes y no a variables, lo mismo ocurre con el ambiente externo, que no está en una condición variable. PROYECTO FINAL
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Principio de Carnot Carn ot en el Ser Humano.
La segunda ley de la termodinámica restringe la operación de dispositivos cíclicos según se expresa mediante los enunciados de Kelvin-Planck y Clausius. Una máquina térmica no puede operar intercambiando calor con un solo depósito, y un refrigerador no puede funcionar sin una entrada neta de energía de una fuente externa. Se pueden obtener valiosas conclusiones a partir de estos enunciados; dos de éstas son sobre la eficiencia térmica de máquinas reversibles e irreversibles (es decir, reales) y se conocen como principios de Carnot, los cuales se expresan como: 1. La eficiencia eficiencia de una máquina térmica irrevers irreversible ible es siempre siempre menor menor que que la eficiencia de una máquina reversible que opera entre los mismos dos depósitos. 2. Las eficiencias eficiencias de las máquinas máquinas térmicas reversibles reversibles que operan operan entre los mismos dos depósitos son las mismas. Una vez establecido el principio de Carnot, podremos vincular este principio con el principio de Margalef, los seres vivos son sistemas físicas al igual que cualquier otra máquina térmica, que no pueden funcionar perpetuamente por si mismas bajo condiciones de irreversibilidad interna, son sistemas que requieren irremediablemente de una entrada neta de energía de una fuente externa (en el caso de los seres humanos, de los alimentos ingeridos). Sin embargo también cumplen con la característica de ser un sistema disipativo de energía y auto organizativo. El principio de Margalef apunta también que se trata de sistemas físicos complejos, sistemas integrados a la vez por sistemas menores, una suerte de “sistemas subsumidos en sistemas”. Ninguna máquina térmica, 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”. Los seres vivos intercambiamos energía y materia con el medio ambiente. Aquí nos encontramos lejos de un equilibrio termodinámico. Los procesos son irreversibles y no reproducibles. La flecha del tiempo es infranqueable en nuestro organismo así como en la naturaleza. Nunca los sistemas regresan a su antiguo estado de orden. Aquí rigen las leyes de la teoría del caos y la nolinealidad. PROYECTO FINAL
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Una máquina térmica y nuestro organismo como seres vivos, como sistemas que realizan trabajo, requieren de combustible, pero la primera, opera con diferencias de temperatura y con ello la realización de trabajo, en cambio en el organismo la oxidación se realiza a temperatura constante y no hay transferencia de calor asociada a la realización de trabajo. La transformación de energía, en la combustión como en la oxidación, tienen el mismo principio, ya que se realizan mediante mecanismos moleculares. La diferencia radica en la velocidad con que se realizan; combustión es violenta y la reacción se mantiene por sí, la oxidación es un proceso lento y controlado, por lo que, la energía se transforma de acuerdo a los requerimientos del organismo.
El efecto termogénico de los alimentos es el consumo energético que aparece como consecuencia de la digestión de los propios alimentos. Así la energía utilizada es de un 30% si se ingieren solo proteínas, de un 6% si se ingieren solo hidratos de carbono y de un 14% si se ingieren solo grasas. Este efecto aumenta con el valor calórico o si aumenta el fraccionamiento de las comidas. Un efecto homologo al de una máquina térmica es el trabajo muscular o factor de actividad, que es el gasto energético necesario para el desarrollo de las diferentes actividades. En una persona moderadamente activa representa del 15% al 30% de las necesidades totales de la energía.
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Entropía.
Clausius comprendió en 1865 que él había descubierto una nueva propiedad termodinámica y decidió nombrarla entropía, la cual está designada por S y definida por la ecuación 1. La entropía es una propiedad extensiva de un sistema y a veces es llamada entropía total , mientras que la entropía por unidad de masa s es una propiedad intensiva y tiene la unidad kJ/kg · K. Generalmente, el término entropía es usado para referirse a ambas: a la total y a la de por unidad de masa, ya que el contexto normalmente esclarece de cuál se trata. El cambio de entropía de un sistema durante un proceso puede determinarse integrando la ecuación 2 entre los estados inicial y final. Note que realmente se ha definido el cambio en la entropía en lugar de la entropía misma, así como se ha definido el cambio en la energía en lugar de la propia energía cuando se analizó la relación de la primera ley. Los valores absolutos de entropía son determinados con base en la tercera ley de la termodinámica expuesta posteriormente en este capítulo. Los ingenieros están normalmente interesados en los cambios en la entropía, por consiguiente, a la entropía de una sustancia se le puede asignar un valor cero en algún estado de referencia arbitrariamente seleccionado mientras que el valor de entropía para otros estados puede determinarse de la ecuación 4, si se elige el estado 1 como el de referencia (S = 0) y el 2 como en el que la entropía será determinada. Para realizar la integración en la ecuación 2, es necesario conocer la relación entre Q y T durante un proceso; relación que a menudo no está disponible, además de que la integral en la ecuación 2 sólo puede aplicarse para algunos casos. La mayoría de las ocasiones debemos confiar en los datos tabulados para la entropía. Observe que la entropía es una propiedad y, al igual que las otras propiedades, tiene valores fijos en estados fijos. Por consiguiente, el cambio de entropía entre dos estados especificados es el mismo sin importar qué trayectoria, reversible o irreversible, se sigue durante un proceso. También es importante observar que la integral dQ /T da el valor de cambio de entropía sólo si la integración se efectúa a lo largo de una trayectoria internamente reversible entre los dos estados. La integral de dQ /T a lo largo de una trayectoria irreversible no es una propiedad y, y, generalmente, se obtendrán valores diferentes cuando la integración se cumple a lo largo de distintas trayectorias irreversibles. Por lo tanto, incluso para los procesos irreversibles, el cambio de entropía debe determinarse cumpliendo esta integración a lo largo de alguna trayectoria internamente reversible conveniente e imaginaria entre los estados especificados.
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Es importante recordar que los procesos isotérmicos de transferencia de calor son interna- mente reversibles, por lo tanto el cambio de entropía de un sistema durante uno de estos procesos puede determinarse al resolver la integral de la ecuación 2, en la ecuación 3 la cual se reduce a la ecuación 4, donde T0 es la temperatura constante del sistema y Q es la transferencia de calor para el proceso internamente reversible. La ecuación 4 es particular- mente útil para determinar los cambios de entropía de depósitos de energía térmica que pueden absorber o proporcionar calor indefinidamente a una temperatura constante. Observe que el cambio de entropía de un sistema durante un proceso isotérmico internamente reversible puede ser positivo o negativo, dependiendo de la dirección de la transferencia de calor. La transferencia de calor hacia un sistema aumenta la entropía de éste, mientras que la transferencia de calor desde un sistema la disminuye. De hecho, la pérdida de calor es la única manera en que es posible disminuir la entropía de un sistema. A la luz de las anteriores exposiciones, se obtienen las siguientes conclusiones: 1. Los proce procesos sos sólo pueden pueden ocurrir ocurrir en una una cierta dirección, no en cualquiera. Un proceso debe proceder en la dirección que obedece al princi- pio de incremento de entropía, es decir, S gen =0. Un proceso que viola este principio es imposible. Este principio obliga a menudo a las reacciones químicas a detenerse antes de completarse. 2. La entropía entropía es una propiedad propiedad que no se se conserva, conserva, por por lo tanto tanto no existe existe algo algo como el principio de conservación de la entropía. Ésta se conserva sólo durante el proceso reversible idealizado y se incrementa durante todos los procesos reales. 3. El desempeño desempeño de los sistemas sistemas de ingeniería ingeniería es degradado degradado por la presencia presencia de irreversibilidades; y la generación de entropía es una medida de las magnitudes de irreversibilidades presentes durante ese proceso. A mayor magnitud de irreversibilidades, mayor generación de entropía. Por consiguiente, la generación de entropía puede usarse como una medida cuantitativa de irreversibilidades asociadas al proceso, y para establecer el criterio a emplearse en el diseño de dispositivos. Los seres vivos cumplen con la segunda ley de la termodinámica, como cualquier otro sistema físico, a veces se piensa que los seres vivos, finalmente mueren "en cumplimiento" cumplimie nto" de la segunda ley, ley, porque la creciente entropía acaba con ellos. En la definición de vida, desde el punto de vista de la termodinámica los sistemas vivos son regiones localizadas donde se produce un continuo incremento de orden sin intervención externa. Esta definición se basa en el PROYECTO FINAL
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segundo principio de la termodinámica, el cual dice que la entropía o desorden, del universo siempre aumenta. Aplicado al estudio de la célula, pues tiene que ver desde el proceso de alimentación y respiración celular, desde el punto de vista de la cadena alimenticia, que desde este punto de vista es la cadena de energía; muchas veces se compara a la célula con una fábrica con materia prima, proceso de producción y consumo de energía. los seres humanos efectuamos trabajo al caminar, correr, levantar un objeto, etc., para realizarlo requerimos de energía que el organismo obtiene al transformar la energía potencial química de los alimentos. Para las actividades antes mencionadas se asocia el concepto de eficiencia muscular (E), como el cociente del trabajo mecánico realizado y la energía suministrada al cuerpo, a través de los alimentos. Se ha verificado que la eficiencia muscular en el trabajo mecánico es aproximadamente del 20%, (E = 0.2). Cuando los sistemas físicos biológicos recuperan la energía como información, no "crean" la información, sino tan sólo la tornan disponible para el sistema. En otras palabras, la segunda ley no puede explicar por qué la recuperación de energía como información crece (cuando el sistema se auto organiza), o decae (cuando el sistema declina o envejece). Luego, ¿por qué envejecen los seres vivos?, ¿por qué se originan y auto organizan?
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Cálculos y Principio de Incremento de la Entropía.
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Conclusiones. La
segunda ley de la termodinámica aplica de manera cotidiana en nosotros como seres vivientes. El cuerpo humano funciona como una máquina térmica que como cualquier otra cumple con la ley de incremento de entropía, es por ello que la vida tiene un ciclo y tiende a un fin; sin embargo aún sigue considerandos como un misterio o como una incógnita el reconocer por que ocurren las cosas de alguna forma y no de otra en los organismos vivientes sin la facilidad con la que se puede percatar del funcionamiento de una máquina convencional como la de Carnot. Bibliografía y Fuentes de Consulta.
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