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en este vídeo vamos a hablar sobre las
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leyes de la termodinámica en los seres
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vivos
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bienvenidos a una nueva edición de
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nutrimentos
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en el vídeo anterior hemos presentado
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algunos ejemplos en los que ocurren
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procesos de transformación energética en
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los seres vivos en todos ellos la
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energía es transformada pero no creada o
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destruida cuando las transformaciones
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energéticas ocurren en un sistema
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aislado la energía total dentro de éste
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permanece constante al interpretarse el
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universo como un sistema aislado la
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generalización de estas observaciones
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condujo a proponer la primera ley de la
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termodinámica que dice que la energía
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del universo permanece constante
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los sistemas biológicos son abiertos es
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decir que pueden intercambiar libremente
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materia y energía con su entorno aún así
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en los sistemas abiertos el principio de
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conservación de la energía continúa
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cumpliéndose la diferencia radica en
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donde se establecen los límites del
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sistema en estudio en un organismo vivo
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la energía perdida o disipada por éste
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es igual a la ganada por su entorno o
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ambiente y viceversa sin embargo el
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primer principio de la termodinámica se
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refiere a la conservación de una forma
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total de energía y no aclara que cada
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vez que se realiza un proceso parte de
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la energía involucrada se transforma de
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energía útil en energía que no puede ser
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aprovechada de nuevo
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esta observación incontrovertible
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modificó la escena del pensamiento en
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aquellos científicos que estaban
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estudiando los balances energéticos en
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las máquinas térmicas una forma de
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energía
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el calor no era completamente
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transformable en otras formas de energía
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esto es el resultado de un hecho de
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validez universal en la naturaleza el
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trabajo puede transformarse en calor sin
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restricciones pero el calor no puede
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transformarse en trabajo sin
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restricciones
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en rigor cada vez que se utilice
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cualquier tipo de energía para conducir
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un proceso de manera inevitable parte de
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ella se perderá como calor este hecho
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generó la aparición de nuevos conceptos
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como el deficiencia en la transferencia
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de la energía por ejemplo las viejas
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locomotoras de vapor tenían eficiencias
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de menos del 10% en los motores que
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utilizan combustibles fósiles la
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eficiencia real es de poco más del 50
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por ciento y en las celdas solares la
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eficiencia alcanza el 30 por ciento
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los organismos vivos están dotados de
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dispositivos más eficientes que las
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máquinas para convertir energía por
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ejemplo los organismos bioluminiscentes
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producen una luz verdosa y fría que no
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produce calor alguno la notable
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eficiencia energética de este mecanismo
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cercana al 100 por ciento sigue siendo
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un misterio para los investigadores los
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organismos fotosintéticos poseen
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moléculas de pigmentos las antenas más
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eficientes para atrapar la luz
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la utilización de la energía de la dieta
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en los mamíferos ha sido objeto de
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investigación durante un gran periodo
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que va desde la época de leonardo
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davinci hasta la del químico francés
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lago hiciera las ideas y estudios
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pioneros generados por estos
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investigadores y algunos otros han
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llevado a pensar que desde el punto de
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vista químico el metabolismo celular
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guarda algunas semejanzas con el proceso
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de combustión proceso rápido en el que
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generalmente un compuesto que contiene
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carbono se oxida liberando se dióxido de
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carbono agua y calor se ocurre en forma
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completa sin embargo cuando los seres
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vivos oxidan carbohidratos convierten en
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forma controlada la energía almacenada
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en los enlaces químicos en otras formas
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de energía según una reacción global que
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es glucosa más oxígeno es igual a
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dióxido de carbono más agua más energía
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según la primera ley de la termodinámica
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la suma de la energía de los productos
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más la energía liberada durante la
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reacción es igual a la energía inicial
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contenida en las sustancias que
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reaccionan es importante comprender que
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esta ecuación representa el cambio
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químico global producido en la
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degradación de la glucosa sin embargo en
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los organismos vivos hay una gran
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cantidad de pasos intermedios que
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aumentan la eficiencia con que una gran
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parte de la energía contenida en los
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enlaces químicos de la glucosa puede ser
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convertida en energía aprovechable o
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energía útil entonces en la oxidación de
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la glucosa la energía liberada está
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compuesta por una fracción útil pero
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otra parte se disipa como calor hasta
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aquí vimos la relación entre la primera
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ley de la termodinámica y los organismos
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vivos ahora vamos a poner el foco en
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otro tipo de fenómenos al analizar los
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procesos que ocurren en la naturaleza
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nuestra experiencia nos muestra que gran
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parte de ellos ocurren en forma
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espontánea y siempre en una dirección
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nunca en la inversa
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una roca solo rodará cuesta abajo
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el calor solo fluirá de un objeto
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caliente a uno frío y una pelota que se
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dejó caer rebotara pero nunca llegará
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hasta la misma altura desde la que cayó
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para que ocurran procesos que
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transformen energía es necesario que
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existan desniveles o gradientes que como
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vimos en vídeos anteriores son la fuente
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de las fuerzas que conducen procesos con
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transformaciones energéticas asociadas
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estos procesos tienden a homogeneizar el
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sistema disipando los gradientes hasta
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alcanzar un estado de equilibrio
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la segunda ley de la termodinámica
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establece la noción de que existe una
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dirección hacia la cual cualquier
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sistema que esté fuera del equilibrio
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tiende a desplazarse al hacerlo se
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disipa energía cuando toda la energía
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útil se haya disipado en el sistema no
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podrán ocurrir más procesos
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en términos energéticos podemos pensar
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en los desequilibrios y heterogeneidad
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es como almacenamiento de energía útil
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que permiten que se lleven a cabo los
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procesos como mencionamos la cantidad de
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energía útil será igual a la energía
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total puesta en juego durante el proceso
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menos cierta cantidad de energía que
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inevitablemente se disipará en la década
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de 1850 el físico alemán rudolf claudius
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formalizó esta ecuación al estudiar el
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importante papel de esa energía
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inevitablemente disipada expresó esta
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fracción energética como el producto de
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la temperatura por un factor al que
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llamo entropía del griego otro post que
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significa cambio o transformación y lo
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simbolizó con la letra s
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de aquí se desprenden algunas
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conclusiones como que la condición de
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equilibrio es el estado más probable de
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un sistema en el que no se requiere
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energía para su mantenimiento y que el
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estado más probable es el de mayor
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desorden o bien el de mayor entropía
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en cualquier sistema aislado los
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procesos no serán causados por agentes
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externos a él estos procesos internos
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que serán considerados espontáneos
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ocurren porque en el sistema hay
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heterogeneidad es si una porción o parte
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del sistema está más caliente que el
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resto esa porción se enfriaran hasta que
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todo el sistema tenga una temperatura
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uniforme si existen diferencias de
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cargas se producirán corrientes
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eléctricas que las compensarán y si
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existen regiones donde el potencial
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químico es mayor éste se disipará hasta
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homogeneizarse cuando todos estos
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procesos hayan compensado los desniveles
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o gradientes que los originaron el
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sistema habrá alcanzado un equilibrio y
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toda la energía útil se habrá disipado
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entonces la entropía del sistema habrá
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llegado a un máximo
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así en los sistemas aislados la entropía
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nos permite predecir la dirección de los
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procesos espontáneos
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en síntesis los dos principios
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fundamentales de la termodinámica
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formulados a principios de la segunda
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mitad del siglo 19 por clausus se
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anuncian como sigue dado que el universo
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es un sistema completamente aislado la
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primera ley nos dice que la energía del
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universo es constante y la segunda ley
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nos indica que la entropía del universo
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tiende a un máximo
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los organismos vivos son estructuras
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complejas en extremo ordenadas
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claramente diferenciadas de su entorno
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dotadas de información y alejadas por
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completo del estado de equilibrio como
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consiguen mantenerse estas estructuras
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vivas en un universo en el que la
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entropía tiende a aumentar como pudieron
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aparecer estructuras tan improbables
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desde el punto de vista termodinámico
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los biólogos presentaron la historia de
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la vida proponiendo que la materia se
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había ido auto organizando espontánea y
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progresivamente formando primero células
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simples y luego organismos
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pluricelulares en los que más tarde las
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células especializaron y formaron
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organismos más sofisticados y complejos
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para los físicos de la época quedaba
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claramente establecida de la
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controversia la probabilidad de que
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moléculas de mayor o menor complejidad
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se hubieran asociado en forma espontánea
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formando estructuras tan complejas como
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una célula además de la cuantiosa y
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paulatina ganancia de información por
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parte de los sistemas vivos está en
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franca discrepancia con los principios
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establecidos por la termodinámica fue
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así que los físicos de la época
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restringieron la aplicación de las leyes
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de la termodinámica al comportamiento de
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los sistemas materiales inanimados
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sin embargo a mediados del siglo 20 el
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físico austriaco erwin schrödinger una
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figura central de la ciencia de esa
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época aportó la solución a este problema
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que parecía insalvable en un pequeño
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libro titulado que es la vida
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reding e intentó agrupar conceptos
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fundamentales de la física la química y
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la biología hizo notar que en los
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organismos vivos conviven dos procesos
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esenciales la generación de orden a
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partir de orden y la generación de orden
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a partir de desorden
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con orden a partir de orden wedding care
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intenta explicar la capacidad de los
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organismos de producir réplicas de sí
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mismos e incluso de generar variaciones
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heredables schoedinger creía que el gran
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orden que reina en la materia viva
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estaba regido por información almacenada
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en un micro código suponía que algún
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tipo de cristal periódico era el
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sustrato físico que permitía almacenar
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esa información y sobre el que podían
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tallarse las pequeñas variaciones que
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posteriormente resultarían heredables
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como veremos en futuros vídeos una
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década más tarde
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watson y crick describieron la
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estructura del adn una macromolécula que
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reúne muchas de las condiciones
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anticipadas por wedding art necesarias
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para almacenar la información genética
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la otra idea de reding el orden a partir
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de desorden aunque igualmente
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anticipadora no fue bien comprendida
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berenguer se basó en la observación para
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entonces irrefutable de que los sistemas
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vivos están alejados del equilibrio y
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que dentro de las células vivas de las
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heterogeneidades son la norma
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los gradientes potenciales y
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desequilibrios son las fuerzas que
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operan conduciendo una gran cantidad de
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funciones vitales para las células por
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lo tanto para éstas es crucial
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mantenerlos ya que su desaparición
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significaría el equilibrio con el
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ambiente y la consecuente muerte celular
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revenge reconoció que los sistemas vivos
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son atravesados constantemente por
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flujos de materia y energía por lo tanto
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concluyó que para comprender los
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balances energéticos que existen en
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estos sistemas abiertos se debe
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considerar un sistema más amplio el
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sistema biológico debe considerarse
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juntamente con su entorno un sistema
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biológico se mantiene vivo en su estado
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organizado tomando energía del ambiente
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y procesándola a través de su eficiente
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maquinaria química ésta acopla las
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sucesivas transformaciones energéticas a
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la producción de trabajo útil lo que le
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permite ejercer las diferentes funciones
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celulares y así mantener su organización
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interna
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durante estos procesos las células
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devuelven a su entorno energía disipada
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que consiste en calor y otras formas que
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rápidamente se distribuyen en el
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ambiente aumentando su desorden y
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entropía así los organismos vivos
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consiguen ganar orden interno a expensas
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de generar desorden en su ambiente
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de esta forma el segundo principio de la
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termodinámica también se cumple en el
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caso de los sistemas biológicos dado que
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la entropía del conjunto organismo vivo
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más entorno está en permanente aumento
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la nueva perspectiva del no equilibrio
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propuesta por reding reconcilió en parte
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la autoorganización biológica con la
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termodinámica quienes intentaban
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estudiar los organismos vivos desde un
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punto de vista físico químico adecuaron
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los modelos biológicos a modelos de
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sistemas en estado estacionario
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así mientras que un sistema en
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equilibrio mantiene su constancia por la
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ausencia de procesos un sistema
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estacionario se mantiene porque existen
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procesos balanceados
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los conceptos que vimos en este vídeo
00:14:09
pueden ser complicados y difíciles de
00:14:11
entender por eso te recomiendo que veas
00:14:14
el vídeo de las veces que necesites y en
00:14:16
el tiempo que necesites para poder
00:14:19
comprender mejor estos conceptos si este
00:14:22
vídeo te sirvió para aprender o
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comprender mejor este tema o simplemente
00:14:25
te gustó por favor dale like y te invito
00:14:28
a suscribirse al canal para poder tener
00:14:30
a mano mucha más información porque lo
00:14:33
que sabes influencia
