NO ME SALEN
(APUNTES TEÓRICOS Y EJERCICIOS DE BIOFÍSICA DEL CBC)
CALOR Y TERMODINÁMICA
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20) Indique si los siguientes sistemas termodinámicos son cerrados, abiertos o aislados:
una nube, un ratón vivo, un fragmento de roca en el espacio exterior, el refrigerador de la
heladera, café en un termo. |
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Cerrado, abierto y aislado son definiciones muy precisas y operativas en el sentido de que si te enfrentás a un sistema cualquiera hay propiedades que se cumplen o no se cumplen dependiendo del tipo de sistema que se trate.
Un sistema cerrado es aquel que puede intercambiar energía pero no materia con el exterior. El planeta Tierra podría considerarse un sistema de este tipo (despreciando al material que le entra permanentemente en forma de meteoritos y otras partículas) pero al que sí le llega la energía del generoso sol. Una lata de sardinas sería otro buen ejemplo: no intercambia materia con el resto del universo, pero se enfría y se calienta (eso es intercambio de energía) según sea la temperatura del entorno.
Un sistema abierto es aquel que puede intercambiar tanto materia como energía con el exterior. Los organismos vivos como vos y yo son claros ejemplos de este tipo de sistemas.
Un sistema aislado es aquel que no intercambia ni materia ni energía con su entorno. Son los sistemas que más a menudo vamos a trabajar en este capítulo ya que permiten entender los principios de la termodinámica. No es fácil lograr que un objeto o una colección de objetos no intercambien energía con el ambiente circundante (habitualmente lo llamaremos medio ambiente) pero si ese intercambio es despreciable, estaremos frente a un sistema aislado. Paradójicamente, el mejor ejemplo de sistema aislado es el universo entero. Ese salto al infinito fue una fuente de sorpresas y sabiduría.
Vamos con los sistemas del enunciado. |
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| Una nube. Ninguna nube tiene límites claros ni definidos. Ese es el mejor indicio de que estamos frente a un sistema abierto. Que intercambia energía con el entorno es obvio: si no perdiera ni absorbiera calor el agua no podría subir ni bajar, crecer ni contraerse, cambiar de forma, condensar agua ni evaporarla. Que intercambia materia no es tan fácil de deducir: si bien las nubes pueden dilatarse y contraerse sin intercambiar materia, los cambios de tamaño se deben más a la pérdida o ganancia de agua en suspensión. La nube está formada por agua líquida, el vapor circundante entra y sale de ella permanentemente. |
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| Las nubes son aglomeraciones de gotas de agua líquida (no de vapor como muchos piensan). |
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Una nube: sistema abierto |
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| Un ratón vivo es un ejemplo típico de sistema abierto. Intercambia materia con el exterior ingiriendo agua y alimentos y exhalándolos por la nariz (igual que hacés vos), y otra parte en las excreciones. El intercambio de energía no es tan evidente, pero no menos cierto. Pierde o gana calor (energía) según la temperatura del medio ambiente. Pero fundamentalmente gana energía porque entra al organismo en forma de energía química junto con el alimento, y sale energía del ratón principalmente en forma de calor, lo mismo que vos. |
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Un ratón: sistema abierto |
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| Un fragmento de roca en el espacio exterior. No te hagas historia con la palabra fragmento... sólo tiene una alusión histórica. Una roca flotando o moviéndose en el espacio intergaláctico es harto improbable que gane o pierda materia. Fijate que esto ocurre aunque la roca no posee envoltura alguna, simplemente no tiene cómo hacerlo. Pero puede ganar o perder energía cinética si se acerca a cuerpos masivos como estrellas o planetas, y puede ganar energía calórica si se acerca a estrellas, y luego perderla si logra alejarse. En fin... las rocas no son muy explícitas cuando uno las consulta. |
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Una roca intergaláctica: sistema cerrado |
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| El refrigerador de la
heladera. Qué ganas de complicarnos la vida... ¿a qué se refieren con el refrigerador de la heladera? ¿Al freezer? ¿Al viejo congelador que tenían antiguamente las heladeras de una sola puerta? ¿Al artefacto que hace que la heladera enfríe? ¿A la heladera misma como un todo? Por suerte todas las posibilidades admiten la misma respuesta. Suponiendo que no consideramos el ingreso ni el egreso de alimentos ni cualquier otra cosa material al gabinete de la heladera, es obvio que la heladera no anda si no la enchufamos. O sea requiere un aporte, un ingreso de energía para funcionar (en este caso energía eléctrica). Pero, además requiere de un radiador para tirar calor a la cocina (generalmente una parrilla metálica negra en la parte trasera). Sin intercambio de energía con el medio, ningún refrigerador funciona. |
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El refrigerador de la
heladera: sistema cerrado |
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| Café en un termo. Supongamos que no sacamos café del termo (en ese caso para qué sirve, pero supongámoslo igual), y que el termo es de buena calidad... más aún de una calidad exquisita. Entonces estamos frente a un sistema aislado. Los termos se frabrican de modo tal que se minimice el intercambio de calor con el medio. O sea, que lo que se introduzca en el interior no pierda calor y se mantenga caliente, o lo que introduzcas frío no se caliente. El mecanismo (de construcción) tal vez te lo cuente tu profesor, pero esa cualidad de impedir el intercambio de calor (energía) con el medio es lo que le da el nombre de recipiente adiabático o, por extensión, sistema adiabático. También debemos suponer -lo indica la respuesta al ejercicio en la guía- que no se agita al termo, ya que esa sería una forma de introducir energía (cinética) que luego se convertirá en calórica. |
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Café en un termo: sistema aislado |
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Como habrás visto en cada una de las definiciones hubo que hacer salvedades o aclaraciones, del estilo "supongamos que sacamos café del termo", "supongamos no lo agitamos", "supongamos que es de excelente calidad", etcétera. La suma de tantas aclaraciones torna el trabajo un tanto ambiguo... pero es imprescindible para calibrar la aplicación de las leyes termodinámicas. |
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| Desafío: ¿Por qué no hay nombre ni definición para un sistema que permita intercambio de materia y no de energía? |
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| Algunos derechos reservados.
Se permite su reproducción citando la fuente. Los infractores serán penalizados obligándolos a leer las obras completas de Michael Foucault. Última actualización may-13. Buenos Aires, Argentina. |
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