Energía, transferencia de calor y termorregulación en seres vivos

Resumen

El documento repasa los principios físicos del flujo de calor, como la ley de Fourier, y la conversión de energía solar en celdas fotovoltaicas. Después aborda fenómenos ambientales como el efecto invernadero y el calentamiento global. Por último, explica cómo obtienen y usan energía los animales y de qué mecanismos de transferencia de calor disponen acuáticos, terrestres y plantas.

Puntos clave

El flujo de calor en un sólido es proporcional al área de la pared y a la diferencia de temperaturas, e inversamente proporcional al espesor de la pared.
Las celdas fotovoltaicas, hechas de semiconductores como el silicio, absorben fotones y generan electricidad por efecto fotoeléctrico.
El efecto invernadero retiene parte de la radiación térmica y mantiene la temperatura superficial terrestre en promedio alrededor de 15 grados.
El calentamiento global es el aumento gradual de la temperatura en la superficie terrestre, origen de los cambios climáticos.
Los animales usan la energía de los alimentos para funciones fisiológicas, trabajo muscular y producción de calor.
Los organismos acuáticos intercambian calor sobre todo por conducción y convección, mientras que los terrestres también usan radiación y evaporación.
La mayoría de las plantas son poiquilotermas y disipan calor por radiación de onda larga, conducción, convección y transpiración.

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Principios Físicos y Energéticos

Ley de Fourier y Flujo de Calor

Cuando el calor fluye a través de un sólido, se hace un puente entre el interior y el exterior y ya no eleva su temperatura al ser atravesado por el calor; estamos en presencia del régimen estacionario del flujo de calor.

q-t: Flujo del calor
Q: Cantidad del calor. Se mide en joule.
T: Tiempo.

En condiciones ideales, el flujo de calor es proporcional al área de la pared (A) y a la diferencia de temperaturas, e inversamente proporcional al espesor de la pared.

Celdas Fotovoltaicas y Conversión de Energía Solar

La composición de estas celdas fotovoltaicas es de metales semiconductores como el silicio. A través de los paneles solares se absorbe la energía de los rayos del sol. Las celdas fotovoltaicas son las encargadas de recolectar esta energía. Estas tienen un efecto fotoeléctrico que lo que hace es absorber los fotones para luego irradiar electrones libres y generar así electricidad.

Fenómenos Ambientales Globales

Efecto Invernadero

Es la proporción de radiación térmica que no fue retenida por los gases de efecto invernadero y se despide al espacio exterior. Esto hace que la temperatura en la superficie terrestre sea, en promedio, de unos 15 grados.

Calentamiento Global

Es el proceso gradual de aumento de temperatura en la superficie terrestre; por este fenómeno se originan los cambios climáticos.

Energía y Termorregulación en Seres Vivos

Obtención y Uso de Energía en Animales

Los animales obtienen energía de los alimentos y la utilizan para:

Trabajar las necesidades fisiológicas esenciales como las del sistema nervioso, respirar, la digestión.
Trabajo muscular externo para levantar peso, caminar, etc.
Producir calor, más que nada los animales que mantienen estable la temperatura corporal.

Mecanismos de Transferencia de Calor en Animales

Organismos Acuáticos

Intercambian calor con su entorno vía conducción y convección, preferentemente.

Organismos Terrestres

Conducción, convección, radiación y evaporación contribuyen significativamente a la temperatura del cuerpo.

Mecanismos de Transferencia de Calor en Plantas

La mayoría son poiquilotermas. Cuando las temperaturas son inadecuadas, las plantas pueden detectar el cambio y activar respuestas específicas. Si las hojas de la planta se exponen a un calor excesivo, puede ser peligroso para las funciones del órgano. Esta enorme cantidad de calor es disipada por radiación de onda larga, conducción, convección y transpiración.

Preguntas frecuentes

¿Qué establece la ley de Fourier sobre el flujo de calor?

Según el texto, en condiciones ideales el flujo de calor es proporcional al área de la pared y a la diferencia de temperaturas, e inversamente proporcional al espesor de la pared.

¿Cómo generan electricidad las celdas fotovoltaicas?

Están compuestas por metales semiconductores como el silicio. Absorben fotones mediante un efecto fotoeléctrico que libera electrones y genera electricidad.

¿Para qué usan los animales la energía de los alimentos?

La utilizan para las funciones fisiológicas esenciales como respirar, digerir y el funcionamiento del sistema nervioso, para el trabajo muscular externo y para producir calor.