Biofísica da Termodinâmica

e esse vídeo nós vamos falar um pouco sobre a biofísica da termodinâmica a termodinâmica é uma área da física que estuda as transferências de energia termodinâmica envolve toda e qualquer mudança de energia que ocorre no universo é por isso que a terra dinâmica de grande importância para a biologia e para biofísica porque uma das propriedades que caracterizam o sistema vivo é justamente a sua capacidade de controlar o fluxo de energia organizando e armazenado em seu benefício nós vimos em aulas anteriores que através dos mecanismos de fotossíntese e respiração celular dos seres vivos conseguem captar energia

de outras fontes e converteram compostos ricos em energia para utilização pelas suas células ou ainda arma e essa energia na forma de compostos mais estáveis como carboidratos e lipídios e quando a gente fala de termodinâmica tem alguns parâmetros que a gente precisa conhecer o entorno e o sistema em torno é tudo aquilo que envolve o sistema fique com ele se relaciona o entorno não tem um limite pré-definido ele é mais conhecido como o ambiente já o sistema ele é uma porção definida do espaço você considera como um sistema qualquer objeto quantidade de matéria ou região

do espaço que foi selecionado para ser estudado todo o resto vai ser o entorno então por exemplo uma molécula pode ser um sistema se você definir essa porção do espaço como a porção que vai ser estudada uma célula pode ser o sistema uma solução pode ser no sistema no cilindro a gás pode ser bom e até mesmo o ser humano pode ser um sistema o sistema e o seu entorno em conjunto eles vão formar o universo e os sistemas podem variar de volume temperatura e energia e devido essas variações eles podem ser classificados em abertos

fechados ou isolados o sistema aberto é aquele que permite troca de energia e de matéria com os arredores se nós pensarmos em um copo de água gelada colocado sobre a mesa da cozinha que que vai acontecer com o passar do tempo com a temperatura dessa água a água não vai mais está gelada ele a temperatura da água ela vai levar correto porque porque ocorre troca de energia entre o sistema aberto que é um copo de água e o entorno que era cozinha a temperatura da água então ela vai elevar para poder atingir a temperatura ambiente

e se a gente agita a água nesse copo ou se agentes barra nesse copo e derruba a água ou ainda se a gente aguarda um período de tempo maior quando ocorre a evaporação espontânea dessa água nós vamos ver alteração do volume então isso mostra para gente que no sistema aberto nós também temos troca de matéria com os arredores eu tive alteração do volume de água no sistema fechado por outro lado eu só tenho troca de energia com os arredores eu não tenho troca significativa de matéria vamos pensar aqui um exemplo de uma garrafinha pet cheia

de água gelada também colocadas sobre a mesa da cozinha mas que agora se eu agito essa garrafa o seu esbarro nessa garrafa ela tomba na mesa ou ainda se essas moléculas tentarem evaporar elas não vão conseguir deixar esse sistema porque ele é um sistema que é e não não lá então troca de matéria com o entorno por último o sistema isolado é aquele no qual não há interação com os arredores a energia do sistema ela é conservada e a quantidade de matéria também será conservada no sistema isolado eu não tenho troca nem de massa e

nem de energia o sistema possui dois tipos de energia energia interna energia externa a energia interna é a soma das energias cinéticas de todas as partículas constituintes desse sistema acrescido da soma de todas as energias potenciais decorrentes das interações entre essas partículas do sistema eu não tô falando aqui então da energia da vizinhança é só interação entre as próprias partes é uma outra forma de conceituar energia interna é que ela pode ser entendida como a energia associada aos átomos e moléculas e os seus movimentos e interações internos ao sistema não envolve outras energias cinéticas e

potenciais que o sistema como um todo apresenta quando ele se relaciona com o meio exterior já a energia externa ela é a energia trocada pelo sistema com externo na forma de calor e trabalho e vai depender do processo de transformação ela não é intrínseca ao sistema e considerando os parâmetros macroscópicos a energia interna pode ou não depender da massa do sistema essa dependência classifica as propriedades em duas categorias propriedades intensivas ou propriedades extensivas às propriedades intensivas são aquelas que independem da massa do sistema e as propriedades extensivas são aquelas que dependem da massa do sistema

que são essas propriedades são aquelas grandezas e nós já começamos a estudar vontagem densidade viscosidade e temperatura volume quantidade de matéria pressão quantidade de energia tão aqui nosso estamos vendo uma forma diferente de classificar essas grandezas que estão sendo chamadas aqui de propriedades e nós podemos classificá-las como extensivas ou intensivas de acordo com a forma como essa propriedade muda quando o tamanho do sistema é alterado então a voltagem voltagem ela é classificada como uma propriedade intensiva se eu alterar a massa do sistema eu não altero a voltagem ea densidade da cidade já vai ser uma

propriedade extensiva se eu altero a massa do sistema eu altero a densidade viscosidade é uma propriedade intensiva ela independe da massa a temperatura ela também é uma propriedade intensiva se o alterar a quantidade de massa do sistema eu não altera a temperatura o volume por sua vez é uma propriedade a extensiva depende da massa do sistema quantidade de matéria também é uma propriedade extensiva a pressão é uma propriedade intensiva não depende da massa e a quantidade de energia ela é uma propriedade extensiva depende da massa do sistema então de forma organizada nós podemos colocar as

grandezas que independem da massa do sistema aqui do lado esquerdo pressão a temperatura voltagem e viscosidade e do lado direito as grandezas que dependem da massa do sistema volume quantidade de matéria densidade e quantidade de energia temos aqui representado então as propriedades intensivas e propriedades extensivas e depois que a gente entendeu esses conceitos iniciais a gente chega a primeira lei da termodinâmica para que vocês possam se lembrar e jamais esquecer o que que fala primeira lei da termodinâmica eu vou pedir que vocês pensem naquele almoço de domingo quando é sério de natal aquela refeição que

a gente prepara no capricho para receber um grande número de parentes de amigos naquele dia que a gente tem uma preocupação de não faltar comida para ninguém que que é o resultado disso daí a gente passa os próximos dias comendo mexidinho que sobrou comida demais né e sempre que a gente tá lá comendo mexidinho a gente se lembra daquela frase que foi postulada pelo pai da química lavoisier que falou assim que na natureza nada se cria nada se perde tudo se transforma não é isso que a gente pensa quando a gente tá aqui falando até

e nós vamos nos lembrar de uma vozinha air também porque a primeira lei da termodinâmica ela se baseia na lei da conservação das massas ea primeira lei da termodinâmica ela vai falar então da conservação de energia então nós temos que a energia não pode ser criada ou destruída mas somente convertida de uma forma ou em outra essa então é a primeira lei da termodinâmica a lei da conservação de energia e eu vou colocar aqui dois exemplos para ilustrar a primeira lei da termodinâmica primeiro exemplo é um aquecedor a óleo que que acontece no aquecedor a

óleo nós temos conversão da energia química em energia térmica o combustível no caso o óleo ele vai ser queimado e aí com isso nós temos a transformação da energia química em energia térmica um outro exemplo que nós temos é um funcionamento do relógio no qual a energia elétrica fornecida lhe ou quando a gente liga o relógio na tomada ou através da bateria do relógio essa energia ela vai ser convertido em energia mecânica que vai permitir o deslocamento do ponteiro do relógio ah mas por que que eu preciso estudar primeira lei da termodinâmica na disciplina de

biofísica eu não preciso entender de aquecedores ou de relógios certo mas as nossas células também tem capacidade de transformação energética a energia química que está presente em certas moléculas biológicas como o atp ela é convertida por exemplo em energia mecânica quando as organelas se deslocam de um lugar para outro no interior da célula essa energia química do atp ela também pode ser convertido em energia térmica quando o calor é liberado durante a contração da célula muscular ea energia química do atp ela também pode ser convertido em energia elétrica naquele momento que os rios fluem através

da membrana e de forma resumida a gente precisa entender que todos os seres vivos dependem de energia para sobreviver o ser humano esteja ele trabalhando ou em repouso eles fa constantemente transformando a energia química acumulada por meio da alimentação em várias formas de energia para manter o funcionamento dos seus órgãos dos tecidos e das suas células e nós chegamos então a segunda lei da termodinâmica que aquela que diz respeito à transferência de energia a energia ela se desloca espontaneamente e ela vai se deslocar sempre dos níveis mais altos para os mais baixos de onde tem

mais matéria ou energia para onde tem menos é por conta dessa lei da termodinâmica que o som ele é mais alto próximo da caixa de som mas as ondas sonoras ela se desloca no espaço de onde tem mais energia para onde tem menos energia da mesma forma uma xícara de bebida quente com o passar do tempo vai esfriar porque a energia está se deslocando de onde ela está em um nível mais alto que é ali nesse sistema da xícara que é um sistema aberto para em qual onde a energia está menos acumulada que no caso

é o entorno então agora nós entendemos que a segunda lei da termodinâmica fala da transferência espontânea de energia de um nível mais alto para o nível mais baixo mas isso que vai fazer o contrário se eu quiser transmitir matéria ou energia de um nível mais baixo para outro mais alto a única forma de transmitir matéria ou energia de um nível mais baixo para um nível mais alto é com a realização de trabalho e um exemplo que a gente tem disso aí é um trabalho realizado na membrana das células uma célula que quer expulsar o sódio

que está presente no meio intracelular ela precisa fazer trabalho o sódio está presente em menor a ação no meio intracelular e maior concentração no meio extra-celular o caminho natural o espontâneo é o sódio migrar de fora para dentro da célula e isso acontece sem gasto de energia se a célula quer fazer o caminho contrário e expulsar as moléculas de sódio ela precisa realizar trabalho isso vai acontecer com gasto de energia preciso quebrar as moléculas de atp fornecer energia para a bomba de sódio e potássio e aí sim conseguir expulsar veículos de sódio e a gente

entendeu então que todo sistema quando realiza trabalho ele gasta energia se ele gasta energia ele tem a sua energia diminuída então por exemplo a água de uma represa que aciona uma turbina quando ela chega ao solo ela vai ter menos energia ela gastou energia para acionar a turbina da mesma forma as células dos seres vivos elas realizam trabalho com isso elas gastão energia e consequentemente os seres vivos envelhecem a energia diminui com a realização do trabalho