Electricidad

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PROCESOS DE TRANSPORTE CELULAR:
SISTEMAS TERMODINAMICOS Y MODELO DEL GAS IDEAL

Biofísica

Prof.: Dr. F. Mesa (PhD) Colegio Mayor de Nuestra Señora del Rosario Facultad de Ciencias Naturales Estudios Universitarios
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CONTENIDO
ASPECTOS BÁSICOS SOBRE TERMODINÁMICA •Sistemas termodinamicos •Leyes de la termodinámica MODELO DEL GAS IDEAL POTENCIALES TERMODINÁMICOS APLICACIONES BIOLÓGICAS2

TERMODINÁMICA
Es el estudio macroscópico de las relaciones energéticas entre un sistema físico y su entorno.

¿Qué es un sistema?
•Es un conjunto de partículas extensibles o inextensibles que se puede confinar en una región limitada en el espacio por medio de una superficie cerrada imaginaria o real. •Se puede describir por medio de variables termodinámicas.

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Clases desistemas

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Variables termodinámicas
Son cantidades que pueden cambiar o no en el tiempo y su información es suficiente para conocer el estado de cualquier sistema Se conocen: •Temperatura T •Presión p •Volúmen v

•Energía Interna U •Entropía S

Se distinguen dos tipos: variables intensivas y variables extensivas

Procesos

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Leyes de la Termodinámica
•LEY CERO Sistema aislado A B C¿Qué pasaría si el sistema no es aislado?
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•PRIMERA LEY Energía Interna U. Es la energía que queda en el sistema al extraer su energía mecánica cinética y potencial

Cambio de energía interna en el sistema después de un proceso

Formas de transporte de la energía entre el sistema y su entorno: calor y trabajo

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•SEGUNDA LEY Entropía S. Es una cantidad que informa la cantidad dedesorden en un sistema

Cambio de entropía en un sistema después de un proceso La entropía de un sistema siempre aumenta o permanece constante en un sistema termodinámico aislado

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GAS IDEAL
Es aquel que tiene una densidad baja y no existe interacciones entre las partículas del gas.

Sistema cerrado Sistema abierto Trabajo para adicionar las partículas al sistema = potencial químicopor mol 9

POTENCIALES TERMODINÁMICOS
Son usados cuando S y V no son constantes. •Energía Libre de Helmholtz

•Entalpía

•Energía Libre de Gibbs

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EQUILIBRIO
•Si se tiene un sistema aislado, no existe intercambio de calor ni materia, por lo tanto en la relación de la entropía:

Entonces si el cambio de entropía es máximo, el sistema está en equilibrio •Para sistemas no aislados,el sistema avanza donde la energía interna del sistema disminuye:

Se logra el sistema de equilibrio cuando:

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¿Cuándo dos sistemas están en equilibrio?

1

2

equilibrio térmico

equilibrio mecánico

equilibrio químico

equilibrio termodinámico
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En algunas situaciones biológicas, p y T son constantes

En el caso de una sustancia pura:

Relación Gibbs-Duhem

13 El potencial químico de una sustancia pura:

El potencial químico de una mezcla es:

potencial químico sustancia pura

concentración

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LA ENERGÍA DISMINUYÓ EN EL PROCESO DE MEZCLADO!!!
LA ENTROPÍA AUMENTO DEBIDO A QUE ES UN PROCESO IRREVERSIBLE

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APLICACIONES BIOLÓGICAS •Presión Osmótica
A membrana semipermeable B • • Eritrocitos en el agua explotan Ascenso del agua desdelas raíces a las hojas de los árboles con más de 100m

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•Impulso nervioso
EXTERIOR MEMBRANA

INTERIOR

Para las partículas cargadas:

Carga de 1 mol es N0.e=96500C=1Faraday:

Potencial electroquímico

Potencial químico
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Cuando el sistema se encuentra en equilibrio:

Suponiendo que T y P son constantes se llega a:

Ecuación de Nersnt Se igualan los flujos por:•Concentración •Campo eléctrico

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BIBLIOGRAFÍA
BIOFISICA, GEOFÍSICA, ASTROFISICA, M. Herrera, Ed. Fondo de Cultura Económica, Madrid, 1996 http://www.biopsychology.org/apuntes/termodin/termodin.htm

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CONTENIDO

SESION I

IN Na+ J Pasivo Na+

J Activo Na+

OUT

Na+

J Activo K +

K+
J Pasivo K +

K+

SESION II
Potencial de membrana: *Concentración de partículas...
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