UNIVERSIDAD DE ORIENTE FACULTAD DE CIENCIAS NATURALES Y EXACTAS CARRERA BIOLOGIA SEMINARIO #2 FISICA Tema: Termodinámica Autor: Curso 2021-2022 INTRODUCCION La termodinámica es la rama de la física que estudia los efectos de los cambios de temperatura, presión y volumen de un sistema físico (un material, un líquido, un conjunto de cuerpos, etc.), a un nivel macroscópico. La raíz "termo" significa calor y dinámica se refiere al movimiento, por lo que la termodinámica estudia el movimiento del calor en un cuerpo. La materia está compuesta por diferentes partículas que se mueven de manera desordenada. La termodinámica estudia este movimiento desordenado. La importancia práctica radica fundamentalmente en la diversidad de fenómenos físicos que describe. En consecuencia, el conocimiento de esta diversidad ha derivado haca una enorme productividad tecnológica. En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas termodinámicos. Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado. Estas se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas, los procesos espontáneos y el intercambio de energía con su entorno. Los principales elementos que tenemos para su estudio son: Las leyes de la termodinámica. Estas leyes definen la forma en que la energía puede ser intercambiada entre sistemas físicos en forma de calor o trabajo. La entropía. La entropía es una magnitud que puede ser definida para cualquier sistema. Concretamente, la entropía define el desorden en que se mueven las partículas internas que forman la materia, es decir, la energía cinética que tienen las partículas que componen un cuerpo. La entalpía. La entalpía es una función de estado del sistema físico considerado. En realidad, l primera ley de la termodinámica, en función de la entalpía, adopta la forma dQ = dH - Vdp, es decir, la cantidad de calor suministrada a un sistema es utilizada para aumentar la entalpía y hacer un trabajo externo - Vdp. Con estas herramientas, la termodinámica describe cómo los sistemas responden a los cambios en su entorno. Tareas a desarrollar: 1. Conceptos: equilibrio térmico, materiales aislantes (ejemplos) y conductores de calor o energía, calor. Mecanismos de transferencia de calor: conducción, convección, radiación, solidificación, evaporación, ebullición y condensación. 2. La piel como sistema sensorial de la temperatura exterior y protector. La existencia de otros mecanismos sensoriales en otros animales. Ejemplos. 3. ¿Qué se transmite en cada fenómeno estudiado (sustancia o energía) ?, Ejemplificar. 4. Temperatura interna de algunos animales (o superficiales) así como el medio y la temperatura en que viven. En caso en que el medio sea muy agresivo ¿qué le permite al animal mantener su temperatura? 5. Explique las siguientes afirmaciones: a. La convección libre en la atmósfera desempeña un papel dominante en la determinación del clima, y la convección en los océanos es un mecanismo importante de transferencia global de calor. b. Los halcones que planean y los pilotos de planeadores aprovechan las corrientes térmicas que suben del suelo caliente. c. El mecanismo de transferencia de calor más importante dentro del cuerpo humano (necesario para mantener una temperatura casi constante en diversos entornos) es la convección forzada de sangre, bombeada por el corazón. 6. El rocío y su importancia para las plantas. 7. La regulación de la temperatura corporal. Alteraciones por: fiebre, hipertemia, calambres, agotamiento, golpe de calor. 8. Conducción a través de la piel. La sangre desempeña un papel importante en la eliminación de calor del cuerpo al llevar este calor directamente a la superficie, donde se puede irradiar. Sin embargo, este calor aún tiene que viajar a través de la piel antes de que se pueda irradiar. Supondremos que la sangre es llevada a la capa inferior de la piel a una temperatura de 37.0°C y que la superficie externa de la piel está a 30.0°C. La piel varía en espesor de 0.50 mm a unos cuantos milímetros en las palmas y plantas, de manera que supondremos un espesor medio de 0.75 mm. Una persona de 165 lb y 6 ft de altura tiene un área superficial de aproximadamente 2.0 m2 y pierde calor con una rapidez neta de 75 W mientras descansa. Con base en nuestras suposiciones, ¿cuál es la conductividad térmica de la piel de esta persona? DESARROLLO 1. Conceptos: equilibrio térmico, materiales aislantes (ejemplos) y conductores de calor o energía, calor. Mecanismos de transferencia de calor: conducción, convección, radiación, solidificación, evaporación, ebullición y condensación Equilibrio térmico: En física, se llama equilibrio térmico al estado en que dos cuerpos en contacto, o separados por una superficie conductora, igualan sus temperaturas inicialmente dispares, debido a la trasferencia de calor de uno hacia el otro. Si tenemos dos objetos en contacto, uno más caliente que otro, a medida que el tiempo transcurra ambos tenderán a alcanzar la misma temperatura y, si no hay transferencia de calor hacia otros objetos, en adelante mantendrán un equilibrio térmico, o sea, una temperatura constante. Materiales aislantes: Un aislante térmico es un material usado en la industria, caracterizado por su alta resistencia térmica. La acción y efecto de su aplicación se conoce como aislamiento térmico, ya que establece una barrera al paso del calor entre dos medios que naturalmente tenderían a igualarse en temperatura, impidiendo que el calor traspase los separadores del sistema que interesa (como una vivienda o una nevera) con el ambiente que lo rodea. Ejemplos de aislantes térmicos: Corcho expandido. Espuma de vidrio. Lana de vidrio. Virutas de madera. Fibra de madera. Lana mineral o lana de roca. Espuma de resina fenólica. Conductores de calor: A los materiales que conducen el calor o la electricidad se los conoce como conductores. Aquellos materiales que no conducen ni el calor ni la electricidad son conocidos como aislantes. Los aislantes y los conductores tienen muchas funciones útiles. A los materiales que permiten que el calor pase fácilmente a través de ellos se los denomina conductores térmicos. Los metales, como el aluminio, el cobre, el acero y el hierro, son buenos conductores térmicos. Los conductores térmicos pueden ser de gran utilidad cuando es necesario enfriar o calentar objetos rápidamente. Una olla o cacerola de metal, por ejemplo, permite que el calor se transfiera rápidamente al alimento que se encuentra en el interior. Calor: El calor es una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas que forman la materia. El calor puede ser generado por reacciones químicas (como en la combustión), nucleares (como en la fusión nuclear de los átomos de hidrógeno que tienen lugar en el interior del Sol), disipación electromagnética (como en los hornos de microondas) o por disipación mecánica (fricción). Su concepto está ligado al Principio Cero de la Termodinámica, según el cual dos cuerpos en contacto intercambian energía hasta que su temperatura se equilibre. El calor puede ser transferido entre objetos por diferentes mecanismos, entre los que cabe reseñar la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos los mecanismos anteriores se encuentran presentes en mayor o menor grado. Métodos de transferencia de calor: Se ha referido al calor como una forma de energía en tránsito. Siempre que exista diferencia de temperatura entre dos cuerpos, se dice que el calor fluye en una dirección de mayor a menor temperatura. Hay tres métodos fundamentales mediante los cuales ocurre el intercambio de calor: conducción, convección y radiación. Conducción: La conducción de calor o transferencia de energía en forma de calor por conducción es un proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de materia, porque el calor fluye desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura que está en contacto con el primero.1 La propiedad física de los materiales que determina su capacidad para conducir el calor es la conductividad térmica. Convección: La convección se produce únicamente por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. La convección en sí es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido. Por ejemplo, al calentar el agua en una cacerola, el agua que entra en contacto con la base de la cacerola asciende al calentarse, mientras que el agua de la superficie desciende por los lados al enfriarse, y ocupa el lugar que dejó la porción caliente. Del mismo modo que en la conducción, requiere un material para la transferencia. La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida). Radiación: Se denomina radiación térmica o radiación calorífica y es la radiación emitida por un cuerpo debido a su temperatura. Esta radiación es radiación electromagnética que se genera por el movimiento térmico de las partículas cargadas que hay en la materia. Todos los cuerpos (salvo uno cuya temperatura fuera de cero absoluto) emiten debido a este efecto radiación electromagnética, siendo su intensidad dependiente de la temperatura y de la longitud de onda considerada. La radiación térmica es uno de los mecanismos fundamentales de la transferencia térmica. Solidificación: La solidificación es un proceso físico en el que se da el cambio de estado de cualquier materia que pase de líquido a sólido. Este fenómeno se lleva a cabo debido a una disminución de la temperatura y de la energía que existe entre los enlaces químicos de los elementos que constituyen la materia. Evaporación: La evaporación es un proceso físico que consiste en el paso lento y gradual de un estado líquido hacia un estado gaseoso, tras haber adquirido suficiente energía para vencer a la tensión superficial. A diferencia de la ebullición, la evaporación se puede producir a cualquier temperatura, siendo más rápido cuanto más elevada sea esta. No es necesario que toda la masa alcance el punto de ebullición. Ebullición: La ebullición es un proceso físico en el que un líquido pasa a estado gaseoso. Se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión. Si se continúa calentando el líquido, este absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura el calor se emplea en la conversión de la materia en estado líquido al estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. El calor puesto en juego durante el calentamiento de la masa del líquido se denomina calor sensible, y al que se manifiesta durante el cambio de estado se le llama calor latente de ebullición o vaporización. La ebullición implica una transición de estado líquido-gas en la que, a nivel sub-microscópico, las partículas adquieren una mayor libertad de movimiento en función de un incremento de la energía cinética. Condensación: La condensación es el cambio de estado de la materia que se encuentra en forma gaseosa (generalmente en vapores) y pasa a forma líquida. 2. La piel como sistema sensorial de la temperatura exterior y protector. La existencia de otros mecanismos sensoriales en otros animales. Ejemplos. La piel forma la cubierta externa del cuerpo y es su órgano más grande. Actúa como una barrera entre el medio interno y externo. Provee información inmunitaria. Participa en la homeostasis. Transmite información sensitiva al sistema nervioso. Desempeña funciones endocrinas. Interviene en la excreción. Principales funciones Una de las funciones más importante de la piel es la de recibir estímulos del medio ambiente. Las terminaciones nerviosas libres son sensibles al tacto y a la presión, así como hay variaciones de la temperatura, dolor, prurito y otras sensaciones. Estos receptores encapsulados son los corpúsculos de Meissner, Krause, Ruffini y Vater-Pacini. La piel tiene 3 tejidos o capas, la primera es la capa externa o llamada epidermis, la segunda es la capa interna o llamada dermis y la tercera es el estrato subcutáneo que es una capa de grasa que sirve de protección y para evitar las pérdidas de calor, es un complejo sistema de tejidos superpuestos en estratos que sirve a todos los animales para protegerlos de las condiciones medioambientales. En los mamíferos es especialmente gruesa, sobre todo en animales en los que tiene que cubrir grandes masas musculares como ocurre con cetáceos, elefantes o rinocerontes. Los mamíferos tienen al menos dos tipos de sensores: los que detectan el calor (es decir, temperaturas superiores a la temperatura del cuerpo), y aquellos que detectan fríos (es decir, temperaturas por debajo de la temperatura corporal). (También hay nociceptores que detectan el dolor si el calor o el frío es suficientemente extremo para pasar de un cierto umbral). La determinación de que los receptores hagan termorrecepción ha sido particularmente difícil y varias personas han especulado que algunos mecanorreceptores también pueden hacer termorrecepción (HCPD 2007). En ellos, los termorreceptores inervan diversos tejidos, incluyendo la piel (como receptores cutáneos), córnea, y la vejiga. Las neuronas de las regiones preóptica y del hipotálamo del cerebro que responden a pequeños cambios en la temperatura también se han descrito, proporcionando información sobre la temperatura central. El hipotálamo está involucrado en la termorregulación, los termoreceptores permitiendo respuestas feed-forward a un cambio previsto de la temperatura corporal en respuesta a las cambiantes condiciones ambientales. Las Crotalinae (víboras) y las Boidae (boas), además de algunos cocodrilos y lagartos, utilizan una forma especializada de termorrecepción que se puede ver de manera efectiva en la radiación infrarroja emitida por objetos calientes. El rostro de la serpiente tiene un par de agujeros o pozos, bordeados con sensores de temperatura. Los sensores detectan la radiación infrarroja indirectamente por su efecto de calentamiento en la piel dentro de la fosa. Pueden calcular la dirección de la fuente de calor en base a qué parte de la fosa está más caliente, que podría ser un animal de presa de sangre caliente. Mediante la combinación de información de ambas fosas, la serpiente también puede estimar la distancia del objeto. Algunos insectos con detectores de calor especializados son los escarabajos buscadores de incendios forestales (Melanophila acuminata), que ponen sus huevos en las coníferas recién muertas por los incendios forestales. Las mariposas oscuramente pigmentadas Pachliopta aristolochiae y Troides rhadamathus utilizan detectores de calor especializados para evitar daños mientras se exponen al sol. Los insectos hematófagos Triatoma infestans también pueden tener un órgano especializado en termorrecepción. 3. ¿Qué se transmite en cada fenómeno estudiado (sustancia o energía) ?, Ejemplificar. La Termodinámica es la ciencia que estudia la transferencia de calor. Siempre que existe un gradiente térmico en un sistema o se ponen en contacto dos sistemas a diferentes temperaturas, se transfiere energía entre ellos o las temperaturas se mantienen constantes punto a punto en el sistema. Por ejemplo, al calentar el agua en una cacerola, el agua que entra en contacto con la base de la cacerola asciende al calentarse, mientras que el agua de la superficie desciende por los lados al enfriarse, y ocupa el lugar que dejó la porción caliente. Del mismo modo que en la conducción, requiere un material para la transferencia. La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido. Por este ejemplo podemos afirmar que en los fenómenos antes estudiados se transmite tanto sustancia como energía. 4. Temperatura interna de algunos animales (o superficiales) así como el medio y la temperatura en que viven. En caso en que el medio sea muy agresivo ¿qué le permite al animal mantener su temperatura? Los animales se pueden dividir en endotermos y ectotermos según la forma como regulan su temperatura. Los endotermos, como aves y mamíferos, usan el calor metabólico para mantener una temperatura interna estable, que generalmente es diferente a la ambiental. Los ectotermos, como las lagartijas y las serpientes, no usan calor metabólico para mantener su temperatura corporal, sino que adoptan la temperatura del ambiente. Tanto endotermos como ectotermos tienen adaptaciones —características que surgieron por selección natural que les ayudan a mantener una temperatura corporal saludable. Estas adaptaciones pueden ser conductuales, anatómicas o fisiológicas. Algunas adaptaciones aumentan la producción de calor en endotermos cuando hace frío. Otras, tanto en endotermos como en ectotermos, aumentan o disminuyen el intercambio de calor con el medio ambiente. Los animales no humanos tienen comportamientos similares. Por ejemplo, los elefantes se rocían con agua para enfriarse en un día caluroso y muchos animales buscan la sombra cuando tienen demasiado calor. Por otro lado, las lagartijas suelen tomar el sol en una piedra caliente para calentarse y los polluelos de pingüino se reúnen en grupos para retener el calor. Algunos ectotermos son tan buenos en el uso de estrategias conductuales para regular la temperatura que mantienen una temperatura corporal relativamente estable, a pesar de no utilizar calor metabólico para lograrlo. Los animales también tienen estructuras corporales y respuestas fisiológicas que controlan cuánto calor intercambian con el medio ambiente: Mecanismos circulatorios, tales como la alteración de los patrones de flujo de sangre Aislamiento, como pelaje, grasa o plumas Mecanismos de evaporación, como el jadeo y la sudoración Los animales terrestres suelen perder agua por su piel, boca y nariz mediante evaporación hacia el aire. La evaporación absorbe calor y puede actuar como un mecanismo de enfriamiento. Por ejemplo, muchos mamíferos pueden activar mecanismos como sudoración y jadeo para incrementar el enfriamiento por evaporación en respuesta a una alta temperatura corporal. 5. Explique las siguientes afirmaciones: a. La convección libre en la atmósfera desempeña un papel dominante en la determinación del clima, y la convección en los océanos es un mecanismo importante de transferencia global de calor. b. Los halcones que planean y los pilotos de planeadores aprovechan las corrientes térmicas que suben del suelo caliente. c. El mecanismo de transferencia de calor más importante dentro del cuerpo humano (necesario para mantener una temperatura casi constante en diversos entornos) es la convección forzada de sangre, bombeada por el corazón. a) La convección atmosférica es el resultado de la inestabilidad parcial del ambiente, o diferencia de temperatura, en la capa atmosférica. La aparición de un gradiente adiabático en el aire húmedo y seco provoca la inestabilidad y entonces una mezcla de aire durante el día expande la altura de la capa límite planetaria provocando corrientes de aire, desarrollando cúmulos, y una disminución de los puntos de rocío de la superficie. La convección húmeda provoca el desarrollo de tormentas eléctricas, a menudo siendo responsable de un tiempo severo alrededor del mundo. Especialmente amenazas de tormentas eléctricas incluyendo granizo, vientos fuertes, y tornados. La circulación oceánica forzada directamente por el viento ocupa el kilómetro superior del océano. Por debajo se encuentra una vasta masa de agua que se extiende hasta los 4 o 5 kilómetros. El agua en esa capa es muy fría, con una temperatura potencial menor a 4 grados centígrados (la temperatura "in situ", es decir, en el lugar, puede ser tan baja como 2 grados bajo cero). Las masas de agua profundas se forman en los lugares en los que el agua fría y densa se hunde desde la superficie hasta grandes profundidades en latitudes altas. El agua se mueve desde esas regiones para llenar las cuencas oceánicas, y la mezcla eventualmente eleva el agua hacia la superficie (por encima de la termoclina o región que divide las aguas profundas delas superficiales) a lo largo de grandes extensiones del océano. Es este movimiento ascendente el que fuerza la circulación profunda. El vasto océano profundo es llamado abismo, y su circulación, circulación abisal. El agua más densa dela superficie de los océanos, la que es lo suficientemente densa como para hundirse hasta el fondo, se forma cuando en invierno aire muy frío sopla sobre el océano en altas latitudes en el Atlántico Norte -entre Noruega y Groenlandia- y cerca de la Antártida. El viento enfría y evapora el agua. Si el viento es lo suficientemente frío, se forma hielo, incrementando la salinidad del agua porque el hielo contiene menos sal que el agua de mar (los cristales de hielo son liberados al agua circundante cuando se produce el congelamiento). Figura 1. b) Para entender las corrientes de convección, piense en una olla de agua. A medida que el agua cerca del quemador se calienta, se eleva a la parte superior y hierve. Al mismo tiempo, el agua más fría de la parte superior se mueve hacia abajo para reemplazar el agua caliente que sube. Las corrientes de convección en el aire funcionan de manera similar. A medida que el aire más cercano a la tierra se calienta, se eleva en una columna llamada térmica. El aire más frío fuera de la columna térmica es forzado hacia abajo. Las termas aparecen durante la mañana o las primeras horas de la tarde después de que el sol se levanta y calienta la tierra. La tierra se calienta de manera desigual; y cuando una superficie se calienta lo suficiente, una columna térmica se eleva a la atmósfera. Piense en este aire como un viento vertical. Si la superficie bajo la térmica permanece caliente, la térmica permanece en su lugar. Cuando el aire térmico se enfría, el efecto se desmorona. Los halcones vuelan hacia las térmicas, usándolas para conservar energía mientras migran o buscan presas. No está claro cómo los halcones encuentran las térmicas. Una vez dentro, dejan de aletear, pero mantienen sus alas extendidas. Las plumas de su cola se abren como abanicos, y las plumas cónicas de los bordes de las alas se separan; ambas acciones mejoran el flujo de aire. Sin aletear sus alas, los halcones descenderán… pero dentro de la térmica, la velocidad de descenso es más lenta ya que el aire caliente más ligero empuja verticalmente. Permanecer en lo alto requiere un movimiento hacia adelante. Los planeadores aprovechan la permanente energía de la atmósfera para navegar en el aire. Se utiliza el viento "vertical", cuya fuerza ascensional permite ganar altura, pese a no tener motor y realizar rápidos y extensos planeos hasta la próxima corriente ascendente. Para un volovelista el término "ascenso" significa velocidad de trepada que puede alcanzar en una corriente ascendente, mientras que "descenso", expresa la velocidad de descenso en una ráfaga descendente. Descenso "cero" significa que las corrientes ascendentes son lo suficientemente fuertes para mantener altura, pero no para trepar. Figura 2. c) La transferencia de calor por convección, a menudo denominada simplemente convección, es la transferencia de calor de un lugar a otro por el movimiento de fluidos. La sangre, impulsada y distribuida por el sistema cardiovascular, es el principal medio que transporta el calor (por convección) del núcleo a la región cutánea. La temperatura del núcleo, especialmente la del cerebro, está regulada cerca de los 37 ºC, y la superficial es más bien poiquilotermia y, por lo tanto, depende principalmente de la temperatura ambiental. Cuando la temperatura corporal aumenta, 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. Muchos animales, incluyendo al ser humano, poseen un mecanismo denominado intercambiador por contracorriente para conservar calor. Las arterias de los brazos y piernas corren paralelas a un conjunto de venas profundas pero su flujo es opuesto. De manera que el calor de la sangre arterial (que circula del núcleo a la periferia) difunde hacia la sangre venosa (que fluye de la periferia al núcleo). De esta forma el calor es regresado a la región central del cuerpo. Cuando la sangre circula sobre la capa de grasa se reduce el aislamiento y aumenta la disipación de calor, en cambio al circular por debajo de la capa de grasa aumenta el aislamiento. 6. El rocío y su importancia para las plantas. Al amanecer, las plantas en ocasiones cubiertas por finas gotas que se conocen como roció. Este es una de las distintas manifestaciones relacionadas con la condensación de vapor de agua acumulado en el aire. La cantidad de vapor de agua presente en el ambiente no puede superar un valor máximo, ya que cuando se supera el agua pasa a la fase líquida. Por otro lado, la cantidad de agua que puede absorber una masa de aire aumenta en función de la temperatura. A primeras horas de la mañana, el ambiente está más frío, lo que supone una merma de la capacidad del aire para retener vapor de agua. Éste se condensa y aparece el rocío. El rocío, contra lo que muchos opinan, no hay que despreciarlo como precipitación útil, pues cuando no se da la lluvia ni la nieve, la cantidad de agua recogida de esta forma tiene un valor realmente importante. En los climas áridos y semiáridos es de vital importancia para la agricultura. En las regiones terrestres donde la humedad del aire sea elevada, el rocío puede proporcionar una buena cantidad de agua. En el Estado de Israel, por ejemplo, medir la cantidad de rocío es una práctica cotidiana, como en Argentina lo es la de la lluvia, pues es una zona muy necesitada de agua. El rocío también es primordialmente beneficioso en ciertas zonas agrícolas del Paraguay y Chile, donde la lluvia es un fenómeno casi desconocido. Sin él, esos territorios dejarían de ser cultivables en poco tiempo. 7. La regulación de la temperatura corporal. Alteraciones por: fiebre, hipertermia, calambres, agotamiento, golpe de calor. La temperatura corporal depende del equilibrio entre la producción de calor y la pérdida de éste. La temperatura se regula a partir de un proceso complejo, que incluye 3 mecanismos • Termorreceptores, localizados en la piel y en el núcleo pre óptico del hipotálamo. • Efectos termorreguladores, basados en la sudación y la vasodilatación periférica. • Área de control localizada en el cerebro. El aumento de la temperatura corporal hace que entren en acción diferentes mecanismos compensadores. Por un lado, aparecen mecanismos, como la sudación, la vasodilatación y la hiperventilación, generan una sobrecarga circulatoria con el consiguiente descenso de las resistencias periféricas, aumento de la frecuencia y del gasto cardíaco. Otro mecanismo es el relacionado con el centro termorregulador, el cual estimula la sed y la necesidad de disipar el calor. Si la temperatura corporal medida en la cavidad bucal sube por encima de los 38 ºC, se dice que el individuo tiene fiebre. La temperatura rectal siempre es superior a la bucal, en concreto 0,6 ºC por encima; esta zona de medida es de elección en niños pequeños, pacientes graves y pacientes poco colaboradores o hiperventilados. La temperatura axilar es menor que la temperatura interna, en concreto está 1 ºC por debajo; es por ello que esta zona se considera poco precisa. El fracaso del centro termorregulador, con temperaturas iguales o superiores a 41 ºC, conduce a la denominada hipertermia, la cual se caracteriza por un fallo en los mecanismos de pérdida de calor. El aumento descontrolado de la temperatura origina importantes lesiones orgánicas, por lo que la hipertermia implica un importante riesgo para la salud, de ahí la importancia de un diagnóstico y tratamiento tempranos. Si la temperatura es de 41 ºC en un registro aislado, o bien se produce un incremento de 1 ºC cada 2 horas seguidas o más, se habla de hiperpirexia, cuyo origen puede ser la fiebre o la hipertermia. Principales trastornos: La enfermedad causada por la alteración de la temperatura corporal incluye cuadros leves (los calambres y el síncope por calor), junto con otros que pueden poner en serio peligro la vida del individuo (el golpe de calor, la hipertermia maligna, el síndrome neuroléptico maligno, etc.). Calambres por calor Estos calambres son espasmos dolorosos de la musculatura esquelética, secundarios a la depleción sódica, debida a las pérdidas por sudación. Se presentan de manera usual en trabajadores o atletas que sudan profusamente, tras un duro trabajo a temperaturas elevadas. Los calambres, que son contracciones rápidas, intermitentes y dolorosas, aparecen cuando el individuo ha terminado su actividad y se encuentra descansando. En cuanto a su diagnóstico, lo fundamental son los espasmos dolorosos de los músculos voluntarios del abdomen y las extremidades; la piel puede estar húmeda o seca, fría o caliente y la temperatura corporal es normal o algo elevada. Los exámenes de laboratorio, solicitados en muy raras ocasiones, indican hemoconcentración e hiponatremia. Agotamiento por calor Si hay altas temperaturas ambientales, las personas expuestas a ellas pueden experimentar una depleción de volumen, que se traduce clínicamente en el denominado agotamiento por calor. Su origen hay que buscarlo en una ingesta insuficiente de agua y electrolitos. Cuando el tratamiento no es correcto, cabe la posibilidad de que el síndrome progrese a golpe de calor. Sus síntomas más característicos son malestar general, mareo, debilidad, náuseas y vómitos. La presencia de un paciente deshidratado, con taquicardia e hiperventilación es típica al realizar un examen físico del individuo. La temperatura usualmente está dentro de los límites normales, sin que el sistema nervioso central esté afectado. Por lo general, no se requieren exámenes de laboratorio. Golpe de calor El golpe de calor también recibe el nombre de insolación y se caracteriza por ser una emergencia médica auténtica. Se define como una temperatura corporal superior a 40 ºC en presencia de disfunción del sistema nervioso central; es una forma de hipertermia que induce respuesta inflamatoria sistémica, la que conlleva una disfunción orgánica múltiple, donde la encefalopatía es la manifestación predominante. En la analítica aparece creatininas (CPK) elevada, aunque sin rigidez muscular (lo que permite diferenciarlo del síndrome neuroléptico maligno), hiponatremia, hemoconcentración, leucocitosis, azoemia y alteraciones bioquímicas hepáticas. 8. Conducción a través de la piel. La sangre desempeña un papel importante en la eliminación de calor del cuerpo al llevar este calor directamente a la superficie, donde se puede irradiar. Sin embargo, este calor aún tiene que viajar a través de la piel antes de que se pueda irradiar. Supondremos que la sangre es llevada a la capa inferior de la piel a una temperatura de 37.0°C y que la superficie externa de la piel está a 30.0°C. La piel varía en espesor de 0.50 mm a unos cuantos milímetros en las palmas y plantas, de manera que supondremos un espesor medio de 0.75 mml. Una persona de 165 lb y 6 ft de altura tiene un área superficial de aproximadamente 2.0 m 2 y pierde calor con una rapidez neta de 75 W mientras descansa. Con base en nuestras suposiciones, ¿cuál es la conductividad térmica de la piel de esta persona? La conductividad térmica se da a través de la agitación molecular y contacto, y no es el resultado del movimiento de masa del sólido en sí mismo. El calor avanza con un gradiente de temperatura, desde un área de alta temperatura y alta energía molecular a un área con temperatura menor y menor energía molecular. Esta transferencia continuará hasta que se alcance el equilibrio térmico. La velocidad a la que se transfiere el calor depende de la magnitud del gradiente de temperatura, y de las características térmicas específicas del material. La conductividad térmica se cuantifica utilizando un Sistema Internacional de Unidad (Unidades SI) de W/m•K (vatios por metro por grado Kelvin), y es el recíproco de la resistencia térmica, que mide la habilidad de un objeto para resistir la transferencia de calor. La conductividad térmica se puede calcular utilizando la siguiente ecuación: 𝑘 = 𝑄 ∗ 𝐿/𝐴(𝑇2 − 𝑇1) Donde: Q = flujo de calor (W) L = longitud o espesor del material (m) A = superficie del material (m2) T2−T1 = gradiente de temperatura (K) 𝑄 = 75𝑊 𝐿 = 0.75𝑚𝑚 = 0.75 ∗ 10−3 𝑚 𝐴 = 2.0𝑚2 𝑇1 = 30°𝐶 𝑇2 = 37°𝐶 𝑘 = 𝑄 ∗ 𝐿/𝐴(𝑇2 − 𝑇1) 𝑘 = 75𝑊 ∗ 0.75 ∗ 10−3 𝑚/2.0𝑚2 (37°𝐶 − 30°𝐶) 𝑘 = 0.19 𝑊 𝑚∗𝐾 CONCLUSIONES En este seminario realizo una investigación acerca del tema de la termodinámica y otros conceptos relacionados con la misma. Cumpliéndose así el objetivo de la investigación el cual es consolidar conocimientos adquiridos relacionados con el fenómeno de la termodinámica, el calor, mecanismos de transferencia de calor, la piel como sistema sensorial, la regulación de la temperatura personal, entre otros. Recalcando características, conceptos e importancia del conocimiento de estos fenómenos para el desempeño profesional. BIBLIOGRAFÍA Curso de Física. R.I Grabovski www.untumbes.edu.pe/vcs/biblioteca/document/varioslibros/0701.%20Fi siolog%C3%ADa%20cardiovascular.pdf https://www.tutiempo.net/meteorologia/condiciones-vuelo-a-vela.html https://mmegias.webs.uvigo.es/2-organos-a/guiada_o_a_03sentidos.php Wikipedia
