Energia e Termodinâmica

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Biotermologia
Nosso estilo de vida atual, cada vez mais dependente do avanço tecnológico, do uso da eletricidade, do petróleo e seus derivados (gasolina, óleo diesel etc.), é sofisticado, prático e confortável. No entanto, todo esse conforto tem um custo muito alto. A crescente necessidade de novas fontes de energia, por exemplo, é uma das muitas questões que o mundo tem procurado discutir e solucionar
Energia
Energia é a capacidade de mudar ou mover as coisas. Ela pode tomar várias formas e passar de uma para outra.
OBS.: A unidade de energia no Sistema Internacional é JOULE (J).
Energia Potencial 
Na mecânica, existem dois tipos de energia potencial: a gravitacional e a elástica.
E = mgh
A energia potencial gravitacional depende: 
 Da massa do corpo (kg); 
 Da aceleração da gravidade local (m/s2); 
 Do nível de referência (m).
Tipos de Energia
Exemplo: 
Calcule a energia potencial gravitacional de um homem de 60 kg de massa, situado a uma altura de 5 metros em relação ao solo. 
Dado: 
g = 10 m/s2 
SOLUÇÃO 
EPG = m.g.h
EPG = 60 x 10 x 5 
EPG = 3000 J
Um vaso de 2,0kg está pendurado a 1,2m de altura de uma mesa de 0,4m de altura. Sendo g = 10m/s², determine a energia potencial gravitacional do vaso em relação à mesa e ao solo.
Exercício 1
m = 2kg
hvm = 1,2m
hms = 0,4m
hvs = hvm + hms = 1,6m
g = 10m/s²
A energia potencial gravitacional do vaso com relação à mesa.
Epg = m.g.hvm
Epg = 2.10.1,2 = 20.1,2 = 24J
A energia potencial gravitacional do vaso com relação ao solo.
Epg = m.g.hvs
Epg = 2.10.1,6 = 20.1,6 = 32J
Um corpo é denominado elástico quando, cessada a ação da força que o deformou, volta à situação inicial.
Em que k é a constante elástica do corpo elástico, medida em N/m no SI e x é a deformação da mola em metros.
Energia Potencial Elástica 
Exemplo: Uma mola de constante elástica 200 N/m sofre de- formação de 0,8 m. Calcule a energia que a mola ganhou.
Solução:
EPE = ½ . 200 (0,8) 2
EPE = 64 J
Uma mola é deslocada 10cm da sua posição de equilíbrio; sendo a constante elástica desta mola equivalente à 50N/m, determine a energia potencial elástica associada a esta mola em razão desta deformação.
EXERCÍCIO 2
Resposta
x = 10cm = 0,1m
k = 50N/m
Epel = kx²/2
Epel = 50.0,1²/2
Epel = 0,25J
Quando deslocamos um corpo, estamos transferindo energia para ele, realizando um trabalho sobre ele.
A energia que um corpo possui por causa do seu estado de movimento denomina-se energia cinética. 
É calculada pela seguinte fórmula:
 E= ½.mv 2 , em que
m – massa do corpo (kg) 
v – velocidade do corpo (m/s)
Energia Cinética 
Exemplo:
Determinar a energia cinética de uma bola de 0,2 kg no instante em que sua velocidade é de 10 m/s.
EC= ½.mv 2
EC=½.0,2.1oo
EC= 10J
Um móvel de massa 10kg, registra uma velocidade de 36km/h. Qual a energia cinética deste móvel?
Exercício 3
Ec=m. v ² / 2
Massa = Quilograma
Velocidade : Metro / Segundo
Energia Cinética : Joules
Transformando a velocidade de km / h para m / s :
36km/h / 3,6 = 10 m/s
Ec = 10 . 10² / 2
Ec=10.100/2
Ec=1000/2
Ec= 500 Joules
A energia mecânica de um sistema é a soma de suas energias potencial e cinética.
EM = EP + EC 
Energia Mecânica
As terapias energéticas são baseadas no conceito de que somos mais energia que matéria (física quântica) e atuam pelo fenômeno de ressonância ou vibração.
Exemplos:
	Floral; 
	Homeopatia, 
	Acupunctura, 
	Cromoterapia, 
	Shiatsu, 
	Aromaterapia, 
	Cristaloterapia; 
	
Terapias Energéticas
A transformação de energia em trabalho e vice-verce nas diferentes formas (mecânica, térmica, elétrica, etc.) segue fielmente as duas leis da Termodinâmica.
Leis da Termodinâmica
A Termodinâmica estuda as relações entre as quantidades de calor trocadas e os trabalhos realizados num processo físico, envolvendo um corpo (sistema) e o resto do Universo, que denominamos meio exterior e ambiente.
Por exemplo, um gás contido num cilindro provido de êmbolo ao ser aquecido age com uma força sobre o êmbolo, deslocando-o. Assim, o sistema (gás) recebe calor Q do meio exterior e a força aplicada pelo sistema (gás) realiza um trabalho sobre o meio exterior. Quando o sistema como um todo produz um deslocamento ao agir com uma força sobre o meio exterior, o trabalho realizado é denominado trabalho externo. Já o trabalho executado pelas forças de interação entre as moléculas do gás, é chamado de trabalho interno.
Enunciado: “A energia não pode ser criada nem destruída, mas somente convertida de uma forma em outra”, ou ainda, “a energia do Universo é constante”.
1ª Lei – Conservação da Energia
Obs.:
• Toda transformação de energia é acompanhada de produção de calor (energia térmica). 
• Todos os seres vivos produzem calor em qualquer processo biológico.
 • Qualquer forma de energia pode ser totalmente convertida em calor; a recíproca, contudo, não é verdadeira. Ou seja, o calor não pode ser convertido totalmente em trabalho.
Uma parte do calor, sempre continuará como calor. Essa observação é muito importante porque dá origem ao conceito de ENTROPIA, uma forma de energia desorganizada.
Enunciado: “Nas transformações naturais, a energia se degrada de uma forma organizada para uma forma desordenada chamada energia térmica.” 
Obs.: 
• Um pêndulo oscilando, acaba parando ao fim de algum tempo em virtude dos choques com as moléculas do ar. A energia “organizada” do pêndulo se converte em energia térmica. A recíproca neste caso, embora validada pela 1ª Lei, é muito difícil, de probabilidade ínfima.
2ª Lei – Transferência de Energia
• Outro exemplo: o calor passa espontaneamente de um corpo de maior temperatura para outro de menor temperatura. A recíproca é altamente improvável. 
• Ainda outro exemplo: uma gota de tinta colocada num líquido se espalha uniformemente por ele, espontaneamente. Mas é praticamente impossível que as moléculas se agrupem, restaurando a gota inicial.
Note, portanto, que o comportamento da Natureza é assimétrico, os sistemas evoluem espontaneamente segundo um sentido preferencial
As transformações naturais ocorrem preferencialmente num sentido, caracterizando-se pela irreversibilidade. Embora ocorra sempre conservação da energia, à medida que o Universo evolui, diminui a possibilidade de se conseguir energia útil ou trabalho do sistema.
Princípio da Degradação da Energia
 A Entropia num ser vivo é inversamente proporcional à sua Organização.
 Entropia em Biologia
Essa relação entre Entropia e Organização não se limita a aspectos físicos somente. Os seres vivos, por sua vez, procuram atingir o mais alto grau de organização e eficiência na utilização de sua energia, justamente para diminuir sua entropia.
Os seres vivos lutam continuamente pelo abaixamento de sua entropia. Isso resulta em aumento da entropia ambiental.
Viver é retirar organização do ambiente. Num ecossistema sem interferências estranhas, a entropia ambiental aumenta em ritmo natural. 
A espécie humana, com seus objetivos às vezes desvairados, acelera o ritmo da entropia ambiental. Para disfarçar essa agressão ambiental, a entropia foi chamada de POLUIÇÃO. 
A diferença entre estado hígido (boa saúde) e estado patológico (doenças) é apenas no grau de entropia, que é aumentado no 2º caso. Toda e qualquer doença decorre do aumento da entropia do ser. Nenhuma estrutura não-biológica possui uma entropia tão baixa quanto a da célula viva.
Na maquinaria celular, não há motores à explosão, cilindros a vapor ou outros artefatos. As células utilizam energia elétrica originada pelos comandos do cérebro e a partir daí os órgãos, músculos e demais tecidos por movimentos de contração/repulsão realizam trabalho.
Termodinâmica em Sistemas Biológicos
A busca do entendimento sobre os processos básicos que suportam e mantém a vida tem estimulado a curiosidade dos cientistas para o estudo dos mecanismos orgânicos que produzem (termogênese) e que dissipam calor (termólise).
Metabolismo basal é a quantidade
calórica que o corpo necessita, em vinte e quatro horas, para manter-se nutrido durante o decorrer das atividades diárias, e/ou fazendo um jejum de pelo menos doze horas em repouso, sem prejudicar o funcionamento dos principais órgãos.
Temperatura corporal. O homem mantém, a despeito das variações da temperatura ambiente, a sua temperatura interna entre 36,7 e 37ºC, quando medida da boca, ou entre 37,3 e 37,6º C para medidas retais (Bligh, 1973). Isso se deve à existência de mecanismos reguladores que controlam eficientemente a produção e a eliminação de calor corporal. Os animais que são capazes de controlar a própria temperatura interna são chamados homeotermos.
Em 1876, Claude Bernard demonstrou que nos animais expostos ao frio, o calor corporal era produzido pela contração muscular (termogênese mecânica) e pelas reações bioquímicas exotérmicas (termogênese química).
Termogênese mecânica 
Calafrio
Termogênese biológica
Termogênese química
Como o ser vivo não é uma máquina mecânica, não pode ser recarregado por uma bateria ou por uma fonte de calor. Os seres vivos recorrem, então, aos alimentos e dele retiram sua energia através de oxidações metabólicas. 
Carboidratos;
Lipídeos;
Proteínas;
Tecido adiposo marrom. Esse tecido é encontrado por todo corpo, mas principalmente nas regiões interescapulares, subescapulares e axilares. Suas células são inervadas pelo simpático e possuem grande quantidade de mitocôndrias (Himms-Hagen, 1983).
Produção basal de calor. O calor é gerado principalmente no fígado, cérebro, coração e músculos esqueléticos.
São numerosos os fatores que afetam a termogênese. O sono, a subnutrição, bem como o mixedema de corrente de uma hipofunção da glândula tireóide, reduzem o metabolismo basal. Por outro lado, o bócio exoftálmico (hiperfuncionamento da tireóide), os estados de tensão muscular permanente, o calafrio, a alimentação e o exercício promovem sua elevação.
O corpo humano perde calor pelos seguintes mecanismos:
Vaporização
Radiação
Convecção
Condução
Termólise biológica
Importância do hipotálamo
Variações circadianas da temperatura corporal.
Mecanismos de controle da temperatura corporal.
A regulação da temperatura corporal pela termólise.
Controle da temperatura corporal 
	Quando a região anterior do hipotálamo é lesada surge no paciente hipertermia, e caso a lesão seja causada na região posterior surge então hipotermia, o que demonstra que cada região dessa glândula é responsável pelos processos de termólise e termogênese de forma independente. 
Ambientes quentes
Alterações orgânicas produzidas
Com o aquecimento, o debito cardíaco aumenta e os vasos cutâneos se dilatam.
A quantidade de suor produzido aumenta.
Estados patológicos 
Brotoejas, edema, cãibras, síncopes, exaustão pelo calor e golpe térmico.
O estresse térmico
Ambientes frios
Durante o frio, a primeira reação é a de vasoconstrição, para em seguida, haver uma termogênese mecânica pelo calafrio.
As lesões produzidas pelo frio vão desde a urticária e o congelamento de regiões do corpo, até a hipotermia corporal grave e lesões bolhosas que se assemelham a queimaduras.
	A primeira reação do organismo em resposta ao calor é a liberação de acetilcolina, a qual promove a vasodilatação, o que facilita o fluxo sanguíneo local. Isso permite a remoção mais rápida de catabólitos produzidos pelo metabolismo, os quais muitas vezes são responsáveis pelas dores. A vasodilatação também estimula a migração de células de defesa, como os macrófagos, por exemplo. Assim, a termoterapia também é passível de ser usada em processos infecciosos. 
Reações Fisiológicas do Organismo
	A termoterapia é indicada para o tratamento de doenças como: doenças inflamatórias das articulações (artrites), doenças inflamatórias dos tendões (tendinites), contusões musculares, processos inflamatórios na pele, dentre outros. Há contraindicação no tratamento de neoplasias malignas (câncer), moléstias hemorrágicas, em pacientes grávidas, em pacientes anestesiados e em pacientes com obstruções arteriais periféricas
Indicações e Contraindicações
 A aplicação do calor sob o corpo inteiro promove o relaxamento muscular, tem efeito sedativo e aumenta o metabolismo bem como o fluxo sanguíneo superficial. Outro uso do calor sobre o corpo inteiro ocorre no tratamento de infecções bacterianas. Sabe-se que cepas de gonococos são destruídas após 5 horas de exposição a uma temperatura de 40°C. Por esse motivo, muitos pacientes são aconselhados a tomar banhos com lama quente sulfurosa ou banho de areia quente.
	Embora possua muita utilidade no tratamento de doenças e processos patológicos, a utilização do calor de forma indiscriminada pode ter consequências desastrosas. Quando se usa calor de forma excessiva sobre o corpo, ou parte dele, pode ocorrer:
 * Insolação e intermação
 * Queimaduras
Efeitos Maléficos do Calor