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Aplicación de las Leyes de la Termodinámica a Procesos Biólogicos

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Nelson Alexander Arreaga Tovar

on 4 November 2013

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Transcript of Aplicación de las Leyes de la Termodinámica a Procesos Biólogicos

Fue estudiado por Ito & Okamoto (1974) y por Kotoda (1977).

Es el lago más grande y el más estudiado en Japón, que se encuentra en las latitudes 34 ° 58 '- 35 ° 31'N y longitudes 135 ° 52'-136 ° 17'E, que consiste en la cuenca norte (la parte principal) y la cuenca sur (la más pequeña).
Interacciones de entropía
Aplicación de las Leyes de la Termodinámica a Procesos Biológicos
Resultados:
Segunda Ley de la Termodinámica
El lago absorbe entropía negativa, de los alrededores, lo que es una característica de los organismos de crear orden del orden preexistente.
Ecodinámica:
Caso de estudio: Variaciones mensuales en la producción de entropía en el Lago Biwa, Japón
Unidad Saltillo
Maestría en Ciencias en Sustentabilidad de los Recursos Naturales y Energía
Materia: Termodinámica
Profesor: Dr. Javier Rodríguez Varela

Biól. Nelson Alexander Arreaga Tovar
Q. Perla Cecilia Meléndez González
Q. Nora Mayté Sánchez Padilla
Q.F.B. Nancy Daniela Uresti Duran

Ramos Arizpe, Coah. a 30 de septiembre de 2013
Datos y Cálculos
Se ha calculado la producción mensual de entropía utilizando los siguientes datos:

Discusión y Conclusiones
Hacia una termodinámica evolutiva de los ecosistemas
La producción de S en verano es mayor que en invierno.
La producción de S aumenta linealmente con la radiación solar recibida. Debido al aumento en la energía cinética y a la mayor actividad biológica del lago.
a = producción de entropía independiente de la radiación solar

b = Sensibilidad de la producción de entropía hacia la radiación solar absorbida

E = radiación solar

La producción de S esta directamente relacionada con la producción primaria del lago: un lago eutrófico (de mayor producción) tiene una producción de S mayor que uno mesotrófico (de producción media).

Esto quiere decir que la Sprod de los lagos (y podría aplicarse a otros sistemas ecológicos) depende de la sucesión ecológica.
Referencias
Aoki I., Entropy balance in Lake Biwa, Ecological Modelling, Volume 37, Issues 3–4, July 1987, Pages 235-248, ISSN 0304-3800, http://dx.doi.org/10.1016/0304-3800(87)90027-5.

Aoki I., Monthly variations of entropy production in Lake Biwa, Ecological Modelling, Volume 51, Issues 3–4, June 1990, Pages 227-232, ISSN 0304-3800, http://dx.doi.org/10.1016/0304-3800(90)90067-Q.

Tiezzi E., Ecodynamics: Towards an evolutionary thermodynamics of ecosystems, Ecological Modelling, Volume 222, Issue 16, 24 August 2011, Pages 2897-2902, ISSN 0304-3800, http://dx.doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2011.05.014.
El mensual de longitud de onda corta (solar)
La energía de radiación absorbida por el lago
El albedo de la superficie del lago.
Estos datos están asociados con los flujos de entropía en la radiación solar directa, difusa y reflejada.
A partir de estos valores los flujos de entropía se estimaron con la radiación infrarroja incidente y emitida sobre el lago.
Resultados:
Segunda Ley de la Termodinámica
La entropía aumenta en verano y disminuye en invierno.
En el presente artículo se estudio la variación mensual de producción de entropía en la cuenca norte del lago Biwa, la investigación se realizo en base al estudio realizado por Kotoda (1977) de balance de calor y los resultados se compararon con los de lago Mendota, Wisconsin.
GRACIAS POR SU ATENCIÓN
Producción anual de entropía
Balance de materia y energía en el Lago Biwa
Resultados:
Primera Ley de la Termodinámica
El balance de energía:
E= Q + W
En este caso no hay trabajo por lo que quedaría:
E=Q
ya que solo hay un intercambio de calor.

El balance de masa:
A consideración del articulo no existe un intercambio de masa por lo que quedaría:
m del sistema = m que entra - masa que sale
m del sistema = 0
Ocupa un área de 670 km².

En el lago Biwa desemboca una red de 460 arroyos y ríos
Los índices anteriores (a, b​​, b ') son medidas integrales que caracterizan el lago desde un punto de vista entrópico.
Consistencia
Producción anual de entropía por unidad de área:

Ito y Okamoto (1974):

Aoki (1987):

Aoki (1990):
La producción de entropía especifica el grado de actividad de los procesos en la naturaleza, por lo que el valor "a" es una medida de la actividad en el lago independiente de la radiación solar, y el valor "b" es la sensibilidad de la actividad en el lago para la radiación solar.
<< Investigaciones del lago Biwa desde el punto de vista Termodinámico >>

Introducción
Variación en composición química
Afecta las propiedades entrópicas de los lagos

Se asume que en promedio esta estacionaria
Corto plazo
Descripción del desarrollo de sistemas biológicos en el tiempo
Significativo:
Tendencia en la
producción de entropía
asociada al progreso de la
sucesión ecológica

Hipótesis:
Estado trófico
en relación directa con los
índices entrópicos
a, b y ´b'

Necesidad
´Más datos de producción entrópica en
muchos lagos de diferentes tipos en diferentes ambientes
Sistemas Abiertos Onticos Confinados
Confined Ontic Open Systems (COOS)
La entropía no es una función de estado, posee propiedades evolutivas intrínsecas
Eventos previamente no observados no se pueden predecir; eventos raros y extremos pueden cambiar completamente la dinámica de sistemas complejos
Si la energía y la masa son intrínsecamente conservadas y la entropía es intrínsecamente evolutiva, ¿cómo se puede calcular la entropía con base en cantidades de masa y energía?
Evolucionan ontogenéticamente en el tiempo y el espacio debido a flujos de energía y materia a través de sus fronteras, lo que hace posible su autoorganización.
Sistemas simples o complejos capaces de crear orden a partir del caos: células, plantas, animales, ecosistemas y el propio planeta Tierra
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