Biofisica Aula 2 Termodinamica
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Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Faculdade de Cincias Biolgicas e da Sade Departamento de Cincias Bsicas Disciplina de Biofsica
PRINCPIOS DE TERMODINMICA E BIOENERGTICAProf. Harriman Aley Morais
Diamantina, 2011
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1) INTRODUO
Figura 1 Fluxo de matria e energia a biosfera.
Como os organismos vivos podem ser to altamente ordenados?2
2) PRINCPIOS DE TERMODINMICA Um pouco de histria...no sculo XIXRflexions sur la puissance motrice du feu et sur les machines propres a dvelopper cette puissance (1824) CALOR x TRABALHONicolas Lonard Sadi Carnot 1796 - 1832
On the quantitative and determination of forces (1841)
qualitative
EQUIVALNCIA ENTRE TRABALHO MECNICO E ENERGIA TRMICAJulius Robert Mayer 1814 - 18783
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2) PRINCPIOS DE TERMODINMICA (C0NTINUAO)
Proporcionalidade entre calor e o trabalho fornecido
o
desprendimento
de
1 caloria = 4,18 Joules!!James Joules 1818 - 1889
O QUE A TERMODINMICA? a cincia que estuda as transformaes da energia.
a cincia que estuda as interaes entre a matria e a energia ao longo do tempo.4
2) PRINCPIOS DE TERMODINMICA (C0NTINUAO)
O QUE ENERGIA? a capacidade de realizar trabalho, ou de transferir calor ou de promover transformao em um sistema qualquer.Trmica Eltrica Sonora Nuclear Eletromagntica Qumica Gravitacional Eletrosttica5
Cintica(movimento)
TIPOS DE ENERGIAPotencial(armazenada)
2) PRINCPIOS DE TERMODINMICA (C0NTINUAO)
ENERGIA INTERNA (U) a soma das energias cintica e potencial de um sistema.
O que sistema? Como medimos o valor absoluto da energia interna?
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2) PRINCPIOS DE TERMODINMICA (C0NTINUAO)
SISTEMACerta massa delimitada por uma fronteira (real ou conceitual) ou a poro do universo tomada para considerao ou estudo.
Isolado
No h troca de energia ou matria com o ambiente Troca de energia Troca de energia e matria com o ambiente
Tipos de sistema
Fechado Aberto
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2) PRINCPIOS DE TERMODINMICA (C0NTINUAO)
Fonte: disponvel em: Acesso em 11 jan. 2011. 8
2) PRINCPIOS DE TERMODINMICA (C0NTINUAO)
CARACTERSTICAS DOS SISTEMASa) Complexidade (riqueza de variveis) b) Estabilidade (capacidade de manter seu estado) c) Equilbrio (sem troca de energia ou matria) d) Ordem (grau de padronizao) e) Dinamismo (capacidade de transformar) f) Interatividade (participao no funcionamento de outros sistemas)
A estabilidade dos seres vivos no espontnea, mas sim mantida custa de trabalho e, assim, consumo de energia.9
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2) PRINCPIOS DE TERMODINMICA (C0NTINUAO)
VARIAO DA ENERGIA INTERNA (U) Avaliaremos a variao da energia que acompanha uma transformao fsica ou qumica de um sistema!!TRABALHO (W) = transferncia de energia
U = W + QPresso, volume, temperatura, concentrao, etc Biofsica das trocas de calor corporal10
E=
2 mc11
2) PRINCPIOS DE TERMODINMICA (C0NTINUAO)
LEIS DA TERMODINMICALei fundamental da termodinmicaSe dois sistemas esto ambos em equilbrio com um terceiro, esses dois sistemas estaro em equilibrio entre si.
1 Lei da termodinmica: conservao da energia 2 Lei da termodinmica: transferncia de energiaTodos os sistemas aproximam-se de um estado de equilbrio. Todos os processos naturais tendem para um estado de equilbrio que se caracteriza por uma entropia mxima e por um contedo mnimo de energia. O Universo caminha para o caos (desorganizao total).12
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2) PRINCPIOS DE TERMODINMICA (C0NTINUAO)
Para entender melhor...
aumento de entropia = disperso de energia e matria
equilbrio = menor capacidade de realizar trabalho
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3) BIOENERGTICA Sistemas biolgicos sistemas abertos
Todos os seres vivos caminham para o equilbrio.
Mas como o organismo consegue manter sua estabilidade sem atingir o equilbrio, obedecendo s leis da termodinmica?
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3) BIOENERGTICA (continuao)
1 lei da termodinmica
energia interna constante
U = W + Q2 lei da termodinmica toda energia pode ser
transformada em calor, mas nem todo calor pode ser transformado em trabalho Q proporcional variao da entropia (S )
S = Q/T (graus K)
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3) BIOENERGTICA (continuao)
Para refletir........ De acordo com a 2 lei, toda vez que realizamos um trabalho, consumimos energia e geramos calor!
Se
estamos
perdendo
calor
(energia),
ento
a
tendncia que a nossa energia interna diminua, mas isso no contraria a 1 lei da termodinmica??
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3) BIOENERGTICA (continuao)
Seres vivos
mecanismos para captao,
transformao e armazenamento de energia
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3) BIOENERGTICA (continuao)
Fotossntese Luz 6C02 + 6H20 Cloroplastos C6H1206 + 02
Respirao celular Oxignio Mitocndrias
C6H1206 + 02
6C02 + 6H20
Energia livre de Gibbs (G)
Energia (ATP) + calor19
3) BIOENERGTICA (continuao)
Fotossntese
Organismos autotrficos
RESPIRAO
Organismos heterotrficos
Trabalho transporte
Trabalho mecnico
Trabalho qumico
Seres vivos buscam atingir os nveis mais altos de organizao, informao e eficincia na utilizao da energia diminuio da entropia20
3) BIOENERGTICA (continuao)
Variao da energia livre (G) G = H T SH = variao da entalpia (kJ mol-1) T= temperatura (K) S = variao da entropia G < 0 G = 0 G > 0 Reao exergnica Sistema em equilbrio Reao endergnica
Go
Bioquimca [H+]= 10-7 M e pH = 7,021
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3) BIOENERGTICA (continuao)
Realizao de trabalhos biolgicos
Calor
Energia livre
Eliminao
Manuteno da temperatura corporal
Armazenamento Eliminada em forma de fezes e urina22
3) BIOENERGTICA (continuao)
Os trabalhos biolgicos podem ser classificados como: a) Qumico ou biossinttico b) Transporte c) Mecnico
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3) BIOFSICA DAS TROCAS DE CALOR CORPORALEficincia da converso de energia qumica = cerca 30% Temperatura corporal = 36,7 a 37,0 C.
Termorregulao = termognese x termlise
Seres endotrmicos
Seres exotrmicos
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3) BIOFSICA DAS TROCAS DE CALOR CORPORAL (continuao)
Mecanismos de termorregulao
Autonmicos (involuntrios)
Comportamentais (voluntrios)
Regulao do fluxo sanguneo Regulao sudomotora Regulao metablica Tremores
HIPOTLAMO
Termorreceptores centrais e perifricos (pele)26
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4) REFERNCIAS BIBLIOGRFICASCAMBRAIA, J. et al. Introduo Biofsica. Viosa: UFV, 2000. p. 38-59. HENEINE, I. F. Biofsica bsica. So Paulo: Editora Atheneu, 2002. p. 55-74. MOURO JNIOR, C. A.; ABRAMOV, D. M. Curso de Biofsica. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009. p. 34-57. LEITURA OBRIGATRIA EXTRACLASSE GARCIA, E. A. Biofsica. So Paulo: Sarvier, 2002. p. 181-211.
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