Calor y temperatura

Cuando calentamos algún objeto sabemos que su temperatura aumenta, no obstante, es usual que confundamos los términos temperatura y calor en la vida cotidiana, y aunque éstos tienen relación entre sí, sus significados son muy diferentes.

Calor Temperatura
¿Qué es? Es la energía total del movimiento molecular en un cuerpo. Es la medida de la energía del movimiento molecular en un cuerpo.
Comportamiento La energía se intercambia entre un sistema y sus alrededores debido a la diferencia de temperatura. La temperatura aumenta conforme aumenta el movimiento o los choques entre las moléculas.
Dependencia Depende de la velocidad, cantidad y tamaño de las partículas. No depende de la velocidad, cantidad y tamaño de las partículas.
Unidades
  • Calorías (cal)
  • Joule (J)
  • Ergio (erg)
  • Grado Celsius (°C)
  • Grado Fahrenheit (°F)
  • Kelvin (K)
Instrumentos de medición Calorímetro

Termómetro

Ejemplos
  • Al servir té caliente, el agua transmite su calor a la taza.
  • Al sujetar un trozo de chocolate en la palma de la mano, éste empieza a derretirse por la transferencia de calor corporal al chocolate.
  • La temperatura para que el agua hierva es de 100 °C.
  • La temperatura corporal promedio es de 36,5 °C.
    La temperatura del ambiente está entre los 20 a 25 °C.

 

Respiración aerobia y respiración anaerobia

Se define como respiración al conjunto de procesos bioquímicas mediante los se obtiene oxígeno energía a partir de sustancias alimenticias, como por ejemplo, la glucosa. Existen dos tipos de respiración: la aerobia o aeróbica y la anaerobia o anaeróbica. 

Respiración aerobia  Respiración anaerobia
Definición Tipo de respiración celular en la que se necesita oxígeno para extraer energía de los alimentos. Tipo de respiración celular en la cual no es necesario el oxígeno para degradar la glucosa.
¿Dónde se lleva a cabo? Mitocondria. Citoplasma.
¿Cómo es el proceso? Entra oxígeno a través del torrente sanguíneo y se libera CO2, H2O y ATP. Todo el proceso engloba las siguientes etapas: glucolisis, descarboxilación oxidativa del piruvato, ciclo de Krebs, cadena transportadora de electrones y fosforilazión oxidativa. Se lleva a cabo el proceso de glucólisis y las reacciones en una cadena transportadora de electrones similar a la de los organismos aerobios.
Aceptor final de electrones Oxígeno. Nitrato, sulfato  y dióxido de carbono, entre otros.
Fórmula  C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energía (ATP) Depende del tipo de aceptor de electrones.
¿Cuántos ATP se forman? 2 36
¿Qué organismos la realizan? Microorganismos como bacterias y levaduras. La mayoría de los organismos eucariotas.

 

Autótrofos y heterótrofos

Todos los organismos necesitan nutrirse para poder obtener energía, por supuesto no todos lo hacen de la misma manera. Podemos definir dos tipos principales de nutrición: autótrofa y heterótrofa.

Autótrofos Heterótrofos
Definición Son aquellos organismos capaces de producir su propio alimento. Son aquellos organismos que obtienen su alimento a partir del consumo de otros organismos o materia en descomposición.
¿Producen su  propio alimento? Sí. No.
Eslabones en la red trófica Productores primarios. Consumidores y descomponedores.
¿Cómo obtienen su energía? A través de la luz solar o de reacciones químicas. A través del consumo de otros organismos o materia en descomposición.
Tipos  Fotosintéticos y quimiosintéticos. Carnívoros, herbívoros y descomponedores.
Ejemplos Organismos vegetales y algunas bacterias. Animales, hongos y algunas bacterias.

 

Sistemas abiertos y sistemas cerrados

Los sistemas son elementos o unidades que se caracterizan por estar interrelacionados y tener un propósito en común. Los sistemas generalmente se clasifican en dos tipos: sistemas abiertos y sistemas cerrados, de acuerdo al intercambio de energía y materia.

Sistemas abiertos Sistemas cerrados
Definición Son aquellos en los que una cantidad o una serie de cantidades de materia y energía puede entrar o salir del sistema en un grado significativo. Son aquellos en los que una cantidad o una serie de cantidades de energía puede entrar o salir del sistema en un grado significativo.
Intercambio de energía Sí. Sí.
Intercambio de materia Sí. No.
Ejemplos El cuerpo humano, la Tierra y muchos ecosistemas. Una olla de presión, el motor de un auto y el televisor, entre otros.

 

Anabolismo y catabolismo

El metabolismo es un proceso bioquímico que permite que un organismo viva, crezca, se reproduzca, sane y se adapte a su entorno. El anabolismo y el catabolismo son dos procesos o fases metabólicas, uno construye moléculas que el cuerpo necesita y el otro transforma las moléculas complejas en moléculas más pequeñas mediante la liberación de energía.

Anabolismo Catabolismo
Definición Los procesos anabólicos usan moléculas simples dentro del organismo para crear compuestos más complejos y especializados. Los procesos catabólicos descomponen compuestos complejos y moléculas para liberar energía.
Moléculas Las construye. Transforma las moléculas más complejas en otras más pequeñas.
Energía Requiere energía. Libera energía.
Conversión de la energía La energía cinética se convierte en energía potencial. La energía potencial se transforma en energía cinética.
Hormonas Estrógeno, testosterona, insulina y la hormona del crecimiento. Adrenalina, cortisol, glucagón y citosinas.
Oxígeno No utiliza oxígeno. Utiliza oxígeno.
Importancia Apoya el crecimiento de nuevas células, el almacenamiento de energía y el mantenimiento de tejidos corporales. Proporciona energía para el anabolismo, calienta el cuerpo y permite la contracción muscular.
Efecto sobre el ejercicio Los ejercicios anabólicos generalmente desarrollan masa muscular. Los ejercicios catabólicos suelen ser buenos para quemar grasas y calorías.
Ejemplos Asimilación en los animales y fotosíntesis en las plantas. Respiración celular, digestión y excreción.

 

Primera, segunda y tercera ley de la termodinámica

La termodinámica es una rama de la física que estudia la interacción del calor y otras manifestaciones de energía a nivel macroscópico. Dentro de esta disciplina existen leyes o principios que tratan  de definir cómo tienen lugar las transformaciones de energía según un sistema con restricciones implícitas.

Primera ley Segunda ley Tercera ley
Postulado por: Nicolas Léonard Sadi Carnot, Rudolf Clausius y Lord Kelvin. Marcos Favela, Clapeyron, Clausius, Lord Kelvin, Ludwig Boltzmann y Max Planck. Walther Nernst.
Enunciado “El cambio en la energía interna de un sistema cerrado, \Delta U, será igual a la energía agregada al sistema mediante calentamiento, menos el trabajo efectuado por el sistema sobre los alrededores”. “La entropía total de cualquier sistema más la de sus alrededores aumenta como resultado de cualquier proceso natural”. “La entropía tiende a un valor constante mínimo cuando la temperatura tiende al cero absoluto. Para un elemento puro, este valor mínimo es cero, pero para todas las demás sustancia no es menor que cero, y posiblemente sea mayor”.
Fórmula \Delta U = Q - W

 

Donde:

Q; calor neto agregado al sistema.

W: trabajo neto realizado por el sistema.

dS \geq \frac{\delta Q}{T}

 

Donde:

S: entropía

Q: calor transferido al sistema.

T: temperatura de equilibrio.

\Delta S=\sum \frac{\delta Q}{T} = 0

 

Donde:

S: entropía.

Q: calor transferido al sistema.

T: temperatura de equilibrio.

Otros nombres Primer principio de la termodinámica y Principio termodinámico de la conservación de energía. Segundo principio de la termodinámica. Tercer principio de la termodinámica.
Ejemplos
  • Cuando un motor quema combustible, transforma la energía almacenada dentro de los enlaces químicos del combustible en trabajo mecánico y calor.
  • Cuando una persona corre convierte la energía que obtuvo de los alimentos en el trabajo necesario para correr, otra parte se convierte en el calor que eleva la temperatura del cuerpo.
  • Cuando una taza de café se deja sobre la mesa se enfriará conforme pasa el tiempo porque queda en equilibrio térmico con el entorno.
  • Cuando una persona está en un lugar cerra con muchas personas tiende a sudar, este sudor se vuelve más desordenado y se transfiere en forma de calor al aire.
  • Cuando se congela un alimento, así esté muy frío, sus átomos siempre estarán en movimiento.
  • Los superfluidos existen a muy bajas temperaturas puesto que la materia pierde la fricción interna entre sus moléculas, es decir, su viscosidad. El helio es la única sustancia que a temperaturas cercanas al cero absoluto es líquido.

 

Proteínas, carbohidratos y lípidos

Los carbohidratos, los lípidos y las proteínas constituyen los tres macronutrientes. Sus requerimientos dietéticos son altos en relación con los micronutrientes. Las macromoléculas biológicas son orgánicas, lo que significa que contienen carbono y además, pueden contener hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y elementos menores adicionales.

Proteínas Carbohidratos Lípidos
Monómero Aminoácidos Monosacárido Glicerol y ácido graso.
Formado por 20 aminoácidos. Átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno. Cadenas de carbono e hidrógeno principalmente.
Tipos Simples y conjugadas. Simples y complejos. Grasas, fosfolípidos y colesterol.
Digestión Rápida. Lenta. Muy lenta.
¿Dónde se digieren? Intestino. Intestino. Intestino.
Solubles en agua Algunas. Todas. Ninguna.
Almacenamiento de energía A largo plazo. A corto plazo. A largo plazo.
Funciones Componentes básicos de la vida, almacenamiento de energía, movimiento muscular, soporte estructural, defensa y medio de transporte celular. Almacenamiento de energía, soporte estructural y ayudan a la comunicación entre células. Almacenamiento de energía, protección y  como mensajeros químicos.
Alimentos que lo contienen Mariscos, carnes magras, aves de corral, huevos, frijoles y guisantes, productos de soya, nueces y semillas sin sal. Frutas, granos, lácteos, harinas refinadas y bebidas gaseosas, entre otros. Lácteos, carnes, aves, mariscos, huevos, semillas, nueces, aguacates y cocos.
Ejemplos Enzimas y algunas hormonas. Glucosa, fructosa, almidón, glucógeno y celulosa. Aceites y colesterol.
Estructura

 

Dopamina, oxitocina y endorfina

Las hormonas son sustancias químicas producidas por diferentes glándulas que viajan a través del torrente sanguíneo y que actúan como mensajeros en muchos procesos corporales. Algunas de ellas, como la dopamina, la oxitocina y la endorfina, regulan el estado de ánimo al promover sentimientos positivos como la felicidad y el placer.

 

Dopamina Oxitocina Endorfina
Tipo de hormona Neurotransmisora. Neurotransmisora. Neurotransmisora.
Se conoce también como: Hormona del bienestar. Hormona del vínculo emocional. Analgésico natural.
Función principal Motiva a tomar medidas hacia las metas, los deseos y las necesidades, y brinda un refuerzo de placer al lograrlo. Ayuda a promover la confianza, la empatía y el vínculo en las relaciones. Se libera en respuesta al dolor y al estrés, y ayuda a controlar la ansiedad y la depresión.
Influye en: Las sensaciones placenteras, el aprendizaje y la memoria, entre otros. El parto, la lactancia, la unión entre padres e hijos, la confianza y la empatía, entre otros. Las sensaciones de alivio ante cualquier tipo dolor.
Provee Energía, entusiasmo y optimismo. Confianza e intimidad con otros. Inspiración, entusiasmo y felicidad interior.
Alimentos estimulantes Legumbres, plátano, tomate, huevo, carne y pescado. Leche, perejil, hierbabuena y romero. Chocolate y los alimentos ricos en Omega 3.
Ejemplo de activación Ejercitarse, meditar, escuchar música y evitar actitudes adictivas. Dar o recibir regalos, escuchar a los demás, ejercitarse y meditar. Ejercitarse, reírse y tomar contacto con la naturaleza.

 

Fotosíntesis y respiración celular

Existe una estrecha relación entre la fotosíntesis y la respiración celular ya que, los productos de un sistema son los reactivos del otro. Ambos consumen y crean las mismas sustancias como agua, glucosa, oxígeno y dióxido de carbono, pero de diferentes maneras. Juntos, permiten que la vida en la Tierra reúna energía para su uso en otras reacciones.

 

Fotosíntesis Respiración celular
Utiliza Luz solar, agua y dióxido de carbono. Glucosa y oxígeno.
Producto Glucosa y oxígeno. Dióxido de carbono y agua.
Ocurre en: Plantas y otros organismos fotosintéticos. Todos los seres vivos.
Propósito Capturar, convertir y almacenar la energía. Liberar energía.
Función en común Sintetizar y usar ATP Sintetizar y usar ATP
Proceso metabólico Anabólico Catabólico
Ubicación Cloroplasto Citoplasma y mitocondrias
Fuente de energía Luz solar Glucosa
Portadores de electrones NADPH NADH y FADH2
Etapas Reacciones de luz y ciclo de Calvin. Glucólisis, oxidación del piruvato, ciclo de Krebs y cadena de transporte de electrones.

 

Balanza mecánica y electrónica

La balanza es usada para pesar, operación en la que se determina la masa de un cuerpo por medio de la comparación de su masa con la de otro cuerpo con masa definida. Las balanzas son muy comunes en los laboratorios y sus tipos son muy variados. Las más usadas son las mecánicas y las electrónicas.

 

Balanza mecánica Balanza electrónica
Funcionamiento Por medio de juego de contrapesos. Por medio de sensores.
Precisión y exactitud Baja respecto a las electrónicas.

Precisión de 0,1 a 0,001 g.

Alta.

Precisión de 0,1 g a 0,00001 g.

Costos Mayor costo, depende del modelo. Menor costo, la más precisa es más costosa.
Sensibilidad No son sensibles a factores externos. Pueden ser sensibles a factores externos.
Requerimiento de energía No necesitan electricidad para  su funcionamiento. Necesitan electricidad o baterías para su funcionamiento.
Calibración La viga debe estar al nivel de la lectura cero (0) cuando no hay peso. De forma manual, o por medio de teclas para el reajuste.
Uso No son comunes actualmente en los laboratorios. En la actualidad son las más comunes en  los laboratorios.
Clasificación
Balanza de un plato
Balanza de dos platos
Balanza analítica
Balanza granataria