Biofisica- Parcial 2

¿Qué estudia la termodinámica y qué es un sistema termodinámico?

La termodinámica estudia las transferencias de energía en forma de calor y trabajo, así como los cambios en las propiedades físicas que resultan de ellas.
Un sistema termodinámico es una porción de materia delimitada por paredes reales o imaginarias que determinan su intercambio de energía y materia con el entorno.

¿Qué es la temperatura y cómo se relaciona con la energía cinética?

La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de las partículas (moléculas, átomos o iones) de un sistema.
A mayor energía cinética, mayor temperatura.
En los fluidos, el movimiento se da por traslación, rotación y vibración; en los sólidos, principalmente por vibración.

Describe las principales escalas de temperatura y sus relaciones.

• Celsius (°C): Fusión del hielo = 0 °C, ebullición del agua = 100 °C.

Fahrenheit (°F): Usada en EE.UU., se relaciona con °C mediante
F= 9/5C +32

• Kelvin (K): Escala absoluta del SI. Cero absoluto = 0 K = -273.15 °C.
  Relación: T_k =T_c+ 273.15
  El cero absoluto es inalcanzable porque las partículas nunca están completamente inmóviles.

¿Qué es la expansión térmica y cómo se aplica en un termómetro?

La expansión térmica es el cambio de longitud, área o volumen de un cuerpo al variar su temperatura.
Cada material tiene un coeficiente de dilatación distinto.
El termómetro de mercurio funciona gracias a este principio: el calor corporal expande el mercurio y este sube indicando la temperatura.

¿Qué es el calor y cómo se diferencia del calor específico?

El calor (Q) es la energía transferida entre cuerpos por diferencia de temperatura, medida en joules (J) o calorías (cal).
El calor específico (c) es la cantidad de calor necesaria para elevar 1 °C la temperatura de una unidad de masa:

Q=m⋅c⋅ΔT

El agua tiene un alto calor específico, por lo que necesita mucho calor para cambiar su temperatura.

¿Qué ocurre con el calor en un sistema aislado?

En un sistema aislado no hay intercambio de energía con el entorno.
El calor liberado por los cuerpos calientes es igual al absorbido por los fríos:

Q_absorbido+Q_liberado=0

El flujo de calor cesa cuando se alcanza el equilibrio térmico.

¿Qué es el calor latente y cómo se relaciona con los cambios de fase?

El calor latente (L) es el calor requerido para cambiar de fase sin variar la temperatura:

Q=m⋅L

Tipos:

• L de fusión: sólido ↔ líquido

• L de vaporización: líquido ↔ gas
  Ejemplo: fundir 1 g de hielo requiere 330 J (Q positivo); al congelar, libera los mismos 330 J (Q negativo).

¿Por qué la evaporación del sudor enfría el cuerpo?

El sudor absorbe calor del cuerpo para evaporarse, llevándose energía térmica y reduciendo la temperatura corporal.
Si la humedad ambiental es alta, la evaporación se dificulta y el cuerpo no se enfría eficazmente.

Explica la conducción térmica y su ecuación.

La conducción térmica es la transferencia de calor entre cuerpos en contacto por colisiones moleculares.
Es más eficiente en sólidos, sobre todo metales.

Q/t=k*A*(T₁-T₂)/L

Donde k es la conductividad, A el área, L la longitud, y Q/tQ/t el flujo térmico (W).
El aire y materiales porosos son malos conductores (aislantes).

Diferencia entre convección natural y forzada.

• Convección natural: el movimiento del fluido ocurre por diferencias de densidad debidas a variaciones de temperatura.

• Convección forzada: el movimiento se induce por un agente externo (ventilador, bomba).
  Ejemplo: los vientos costeros se deben al calentamiento desigual entre tierra y mar.

¿Qué es la radiación térmica y cómo se detecta?

La radiación térmica es la energía emitida por un cuerpo debido a su temperatura en forma de ondas electromagnéticas(principalmente infrarrojas).
Todos los cuerpos emiten radiación térmica.
Instrumentos:

• Termómetro infrarrojo: mide la radiación corporal.

• Termografía: capta radiación IR para detectar tumores o problemas circulatorios.

¿Qué es la homeostasis térmica y cómo actúa la termorregulación?

La homeostasis mantiene condiciones internas estables (pH, glucosa, temperatura, etc.).
El cuerpo humano regula su temperatura (≈37 °C) equilibrando el calor producido metabólicamente y perdido al ambiente.

• En calor: transpira y vasodilata para perder calor.

• En frío: vasoconstricción y termogénesis (con o sin escalofríos) para conservar o producir calor.

Enuncia la Primera Ley de la Termodinámica.

La variación de la energía interna de un sistema es igual al calor agregado más el trabajo realizado sobre él.”

ΔE=Q+W

Implica la conservación de la energía: la energía no se crea ni destruye, solo se transforma.
Convención:

• Q>0: el sistema absorbe calor

• W>0: el entorno realiza trabajo sobre el sistema

Enuncia la Segunda Ley de la Termodinámica y explica la entropía.

Clausius: el calor fluye espontáneamente del cuerpo caliente al frío.
Kelvin: es imposible convertir todo el calor en trabajo sin pérdidas.
La entropía (S) mide el desorden molecular de un sistema.
En procesos espontáneos, la entropía del universo aumenta; en equilibrio, permanece constante.

Define gas ideal y su ecuación de estado.

Un gas ideal es un modelo teórico donde:

• No hay fuerzas intermoleculares.

• Las colisiones son elásticas.

• Las partículas son puntuales.
  Ley de los gases ideales:

PV=nRT

donde R=8.31 J/mol⋅KR=8.31J/mol⋅K.

¿Qué describe la Ley de Boyle y cómo se aplica a la respiración?

A temperatura constante, la presión y el volumen de un gas son inversamente proporcionales:

P₁V₁=P₂V₂

Durante la inspiración, el volumen torácico ↑ → presión alveolar ↓ → entra aire.
Durante la espiración, el volumen ↓ → presión ↑ → sale aire.

Explica la difusión y la Ley de Fick.

La difusión es el movimiento espontáneo de partículas desde una región de mayor concentración a otra de menor concentración, hasta alcanzar el equilibrio.
Ley de Fick:

J=D⋅A⋅ΔC/Δx

donde J es la rapidez de difusión, D la constante de difusión, y ΔC/Δx el gradiente de concentración.

¿Cómo se aplican las leyes de difusión y de Henry en la respiración?

El intercambio de O₂ y CO₂ ocurre por difusión según sus presiones parciales.
Ley de Henry: la cantidad de gas disuelto en un líquido es proporcional a su presión parcial.

• PO₂​ alta en alvéolos → O₂ difunde a la sangre.

• PCO₂alta en sangre → CO₂ difunde al aire alveolar.

¿Qué es la carga eléctrica y cuáles son sus características fundamentales?

La carga eléctrica (q) es una propiedad física de la materia que produce interacciones eléctricas (atracción o repulsión).

• Unidad: Coulomb (C).

• Carga del electrón: q_e=−1.6×10^-19C

• Carga del protón: q_p=+1.6×10⁻¹⁹C
  Los átomos son neutros; al ganar o perder electrones se ionizan y adquieren carga neta.
  Cargas del mismo signo se repelen, y de signo opuesto se atraen.

¿En qué consiste la Ley de Coulomb y cuál es su ecuación?

La ley de Coulomb describe la fuerza eléctrica entre dos cargas puntuales:

F=k |q₁q₂|/r²

donde

• k=9×10⁹N⋅^m2/^C2 (constante de Coulomb)

• rr: distancia entre cargas.
  La fuerza puede ser atractiva o repulsiva según el signo de las cargas.
  Análoga a la ley de gravitación, pero con cargas eléctricas en vez de masas.

¿Qué es el campo eléctrico y cómo se representa?

El campo eléctrico (E) es la región del espacio donde una carga ejerce una fuerza sobre otra.

E=F/q

Es una magnitud vectorial, su dirección es la que seguiría una carga positiva.
Gráficamente, las líneas de campo salen de las cargas positivas y entran en las negativas.
En un conjunto de cargas, los campos individuales se superponen para formar un campo total.

¿Qué significa que una molécula o cuerpo esté polarizado?

Un cuerpo está polarizado cuando en sus lados opuestos existen cargas de signo opuesto distribuidas.
Ejemplo: la molécula de agua (H₂O) es polar:

• Oxígeno con carga parcial negativa (δ−).

• Hidrógenos con carga parcial positiva (δ+).
  Esta polaridad permite formar puentes de hidrógeno entre moléculas.

Define corriente eléctrica e indica su fórmula.

La corriente eléctrica (I) es el flujo de carga eléctrica que atraviesa una sección de un conductor por unidad de tiempo:

I=Q/t

• Unidad: Amperio (A) = 1 C/s

• En corriente directa (CD): flujo unidireccional (pila, batería).

• En corriente alterna (CA): las cargas cambian de dirección periódicamente (red eléctrica).
  Ejemplo:
  Si circulan 0.05 A durante 0.08 s, la carga transferida es Q=0.05×0.08=0.004 C

¿Qué tipos de neuronas existen y cuál es su función?

• Sensoriales: captan estímulos y los envían al SNC.

• Interneuronas: conectan unas neuronas con otras dentro del SNC.

• Motoras: transmiten impulsos desde el SNC a los músculos.
  Las dendritas reciben impulsos, el soma los integra y el axón los transmite hacia las terminaciones axónicas, donde se produce la sinapsis.

¿Qué es el magnetismo y cómo se relaciona con la corriente eléctrica?

El magnetismo es la propiedad de ciertos materiales de generar un campo magnético (B), medido en teslas (T).
Los imanes tienen polos norte y sur: polos iguales se repelen, opuestos se atraen.
Cuando una corriente eléctrica fluye, también se genera un campo magnético a su alrededor: este es el principio del electromagnetismo.
Un electroimán usa este efecto (una bobina con corriente) para crear un campo magnético controlable.

¿Qué es la resonancia magnética nuclear (RMN)?

La RMN utiliza las propiedades magnéticas de los núcleos atómicos, especialmente del hidrógeno, para generar imágenes médicas.
En un campo magnético externo, los momentos magnéticos nucleares se alinean.
Luego, un pulso de radiofrecuencia los desalinea temporalmente.
Al volver a su estado original, los núcleos emiten señales electromagnéticas que son detectadas y procesadas para formar imágenes.

¿Qué es el potencial eléctrico y cómo se mide?

El potencial eléctrico (V) es la energía potencial eléctrica por unidad de carga.
Unidad: voltio (V), donde 1V=1J/C
Entre dos puntos con distinto potencial existe una diferencia de potencial o voltaje, que impulsa el movimiento de cargas.
Los voltímetros miden esta diferencia.
En biología, las células también tienen diferencias de potencial llamadas potenciales de membrana.

Explica qué es el potencial de membrana y el potencial de reposo.

El potencial de membrana es la diferencia de potencial entre el interior y exterior de la célula, causada por la distribución desigual de iones (Na⁺, K⁺, Cl⁻, aniones orgánicos).
En reposo, la membrana está polarizada: interior negativo (~−70 mV).
Se mantiene por el gradiente electroquímico y la acción de la bomba sodio-potasio (Na⁺/K⁺-ATPasa), que saca 3 Na⁺ y mete 2 K⁺ por cada ATP.

¿Qué es el potencial de Nernst y qué determina?

El potencial de Nernst (Eₙ) es el potencial eléctrico que equilibra exactamente el gradiente de concentración de un ion:

E= 61/z*log ([ion]_fuera/[ion]_dentro)

(a 37 °C, en mV)
Donde z es la valencia del ion.
Este valor representa el punto en el que no hay flujo neto de ese ion a través de la membrana.

¿Qué describe la Ley de Ohm y qué relación tiene con la resistencia?

La Ley de Ohm establece:

V=I⋅R

La corriente (I) es directamente proporcional al voltaje (V) e inversamente proporcional a la resistencia (R).
La resistencia depende del material, la longitud y el área del conductor:

R=ρ⋅L/A

donde ρ = resistividad (Ω·m).
Los resistores limitan el paso de corriente en un circuito.

Diferencia entre resistencias en serie y en paralelo.

• Serie: se conectan una tras otra; la corriente es igual en todas.

R_eq=R₁+R₂+R₃+….

• Paralelo: comparten extremos; el voltaje es el mismo en todas.

1/R_eq=1/R₁+1/R₂+…

En serie aumenta la resistencia total, en paralelo disminuye.

¿Cuáles son las propiedades eléctricas del tejido cardíaco?

• Excitabilidad: capacidad de generar potenciales eléctricos ante un estímulo.

• Automatismo: el corazón genera sus propios impulsos (nódulo SA).

• Refractariedad: tras un potencial de acción, la célula no puede ser estimulada de nuevo por un tiempo.

• Conducción: transmisión del impulso por el sistema cardíaco (SA → AV → Haz de His → Purkinje).

Describe el sistema de conducción del corazón.

• Nódulo sinoauricular (SA): marcapasos natural, genera el impulso.

• Nódulo auriculoventricular (AV): retarda brevemente el impulso.

• Haz de His: transmite la señal a los ventrículos.

• Fibras de Purkinje: distribuyen el impulso por las paredes ventriculares.
  Este sistema asegura una contracción coordinada y eficiente del miocardio.

¿Qué es la fibrilación y cómo actúa un desfibrilador?

La fibrilación es una arritmia caracterizada por impulsos eléctricos irregulares que impiden una contracción eficaz.
En la fibrilación ventricular, el corazón deja de bombear sangre.
El desfibrilador aplica una descarga eléctrica intensa que despolariza simultáneamente todas las células, deteniendo la actividad caótica y restableciendo el ritmo normal gracias al automatismo.

¿Qué es un dipolo eléctrico y cómo se aplica en el corazón?

Un dipolo eléctrico está formado por dos cargas de igual magnitud y signo opuesto separadas por una distancia.
En el corazón, durante la despolarización, las regiones activas y en reposo forman un dipolo transitorio.
La suma de todos los dipolos instantáneos genera el vector cardíaco, cuya dirección y magnitud se registran en el electrocardiograma (ECG).

¿Qué es el electrocardiograma (ECG) y qué ondas lo componen?

El ECG registra la actividad eléctrica del corazón en el tiempo mediante electrodos en la piel.
Principales ondas y segmentos:

• Onda P: despolarización auricular.

• Segmento PR: conducción por nódulo AV.

• Complejo QRS: despolarización ventricular.

• Onda T: repolarización ventricular.
  Las anomalías en amplitud o duración reflejan alteraciones cardíacas (bloqueos, arritmias, isquemia, etc.).

¿Qué son las derivaciones electrocardiográficas estándar y cómo se orientan?

Son combinaciones de electrodos que miden la actividad desde diferentes ángulos:

• Derivación I: brazo derecho (-) → brazo izquierdo (+), eje 0°.

• Derivación II: brazo derecho (-) → pierna izquierda (+), eje 60°.

• Derivación III: brazo izquierdo (-) → pierna izquierda (+), eje 120°.
  Estas tres forman el Triángulo de Einthoven, que permite analizar la dirección del vector cardíaco en el plano frontal.