Un resumen del proceso de la vida, por tanto, puede ser que la luz visible se transforma en radiación IR.
La estructuración de los organismos se produce al precio de un incremento del caos en el resto del universo
La radiación que la Tierra recibe del Sol proviene de una superficie que está a 6.000 grados. La radiación alcanza la Tierra y las plantas, que absorben una parte de las longitudes de onda transformando la energía de la radiación en sustancias energéticas. Después, cuando se libera la energía de estas sustancias energéticas durante las actividades de la propia planta o de los animales que consumen la planta, se produce un aumento de la temperatura en estos organismos. En los mamíferos suele originar un incremento de temperatura hasta los 37 grados.
Otra ley física dice que la dispersión de longitudes de onda en la radiación de un cuerpo depende de su temperatura. La dispersión de longitudes radiadas por una superficie muy caliente como la del Sol es más concentrada que la dispersión de longitudes radiadas por una superficie menos caliente como la de un animal. Es decir, que las longitudes radiadas por un animal, donde domina la IR, son más dispersas.
Que algo sea agrupado o concentrado, significa orden y estructura. Al contrario, cuando algo se dispersa, representa falta de orden o entropía. La ropa guardada en una cómoda muestra orden y, por tanto, sugiere un nivel de entropía bajo. La ropa esparcida por la cama, el sofá y el suelo indica desorden y entropía alta.
A las plantas de la Tierra les llega una radiación visible con el espectro de longitudes de onda concentrado. Las plantas utilizan la energía en este intervalo concentrado de longitudes de onda para producir moléculas energéticas. Los animales comen plantas y utilizan las moléculas energéticas de las plantas para sus propios procesos de vida. La acción con que los animales liberan la energía almacenada en las plantas siempre va acompañada de una pérdida importante de energía en forma de calor, que se expresa con una temperatura elevada en el cuerpo del animal. Pero la temperatura en el cuerpo del animal es mucho más baja que la temperatura de la superficie del Sol, por lo que la radiación emitida por los animales tiene un intervalo más extendido y, como consecuencia, representa un nivel más alto de entropía. Los procesos de la vida son impulsados por esta transformación, desde una entropía baja hacia una entropía alta, o, en otras palabras, desde el orden hasta el caos.
La luz del Sol abastece de energía la Tierra
No toda la luz del Sol que alcanza nuestro planeta es absorbida por la clorofila de las plantas. La mayor parte calienta la tierra y el mar. Cuando el mar se calienta, se libera vapor de agua de su superficie, sube, se enfría a grandes altitudes y se condensa para formar lluvia, que se precipita para crear ríos, que vuelven al mar en el ciclo de agua.
Una manera de indicar el contenido energético de la radiación solar es medir el calentamiento que se produce en cierta cantidad de agua. La energía que puede calentar 1 g de agua, 1 grado se define como 1 caloría o, abreviado, 1 cal.
Las cascadas son generadas por la energía solar, a través de ciclo del agua. El Sol eleva agua hasta una altitud y entonces da al agua cierta energía potencial. La cantidad de energía potencial depende de la altitud que haya alcanzado el agua. A medida que el agua se desplaza hacia regiones más bajas, la energía potencial se transforma en energía móvil y se utiliza para empujar ruedas de agua y turbinas hidroeléctricas. La cantidad de energía utilizada por una central hidroeléctrica depende de la masa de agua y la altura de la caída. Cuando 1 g de agua cae 1 m, libera una energía de alrededor 0,01 julios (J).
La energía se mide en calorías…
La energía utilizada para calentar y vaporizar el agua, por supuesto, está conectada a la energía que contiene esta misma agua en forma de energía potencial antes de caer, de acuerdo con la distancia vertical en cuestión. En consecuencia, debe existir una conexión entre las dos maneras de medir energía.
La primera manera de medir energía tiene como punto de partida la elevación de la temperatura de una determinada cantidad de agua. Para elevar 1 grado la temperatura de un litro de agua (1 litro = 1.000 ml = 1.000 g = 1 kg agua), se necesitan 1.000 cal = 1 kilo cal = 1 kcal. En la práctica, para calentar un litro de agua desde cero grados hasta su punto de ebullición (alrededor de 100 grados), hay que emplear algo más de 100 kcal, porque también la cacerola producirá pérdidas de calor.
Es posible determinar el contenido energético de cada tipo de alimento. Lo más común es registrar el contenido energético en kcal o kJ por 100 g.
La unidad kcal para indicar el contenido energético de un alimento está en línea con la manera experimental de determinarlo. Este procedimiento consiste en la combustión del alimento, utilizando el calor de la combustión para calentar una cantidad determinada de agua en un calorímetro.
…o en julios
En vez de determinar cuántos grados es posible aumentar la temperatura de cierta cantidad de agua, el razonamiento energético se puede basar a partir de la cantidad de trabajo útil que se realiza. El campo gravitacional atrae una masa de 1 kg con una fuerza de alrededor 10 newtons (N). Para elevar 1 kg de masa 1 m, es necesario utilizar una fuerza de igual magnitud a la ejercida por la Tierra, pero en sentido opuesto (es decir hacia arriba). El trabajo realizado es la fuerza por la distancia, en este caso 10 N x 1 m, lo que es igual a 10 N x m = 10 J. Por consiguiente, para alzar 10 kg 1 m se necesita la energía de 100 J. Una persona que pesa 80 kg y que asciende una colina de 200 m de altitud gasta 800 x 200 = 160.000 J o 160 kJ.
100 g de azúcar contienen 1.700 kJ = 1.700.000 J. ¡Significa que teóricamente sería suficiente para que una persona de 80 kg pueda subir una montaña de 1.700.000/800 = 2.125 metros de altura! Estos 100 g de azúcar caben en menos de 100 ml de volumen. Pero como los procesos energéticos del cuerpo nunca transcurren con un 100% de eficiencia, en la práctica llegamos a otras cifras.
Las dos unidades, kcal y kJ, expresan energía. La relación entre las dos puede ser determinada calentando agua con electricidad. Observando la cantidad de energía eléctrica empleada, es posible mostrar que se necesita 4,18 kJ para calentar 1 litro de agua 1 grado. Es decir, 1 kcal = 4,18 kJ.
El efecto se mide en vatios (watt)
Hasta ahora solo hemos hablado sobre la energía total de un trabajo. En uno de los ejemplos anteriores, una persona de 80 kg subió una montaña de 200 m gastando 160 kJ. ¡Pero experimentará esta ascensión de manera diferente si lo hace en dos horas que en media hora!
En vez de calcular la energía total, podemos estudiar la cantidad de energía gastada durante cierto tiempo. La utilización de energía por unidad de tiempo se llama potencia. Como la unidad básica de tiempo es el segundo (s), la unidad para la potencia es julio por segundo, 1 J / 1 s. Esta unidad se llama vatios o watt (W). Por lo que 1 W = 1 J/s.
Una bombilla de 15 W gasta, entonces, 15 J cada segundo. Levantar una pesa de 10 kg durante un segundo significa una potencia de 100 N x 1 m/1 s = 100 Nm/s = 100 J/s = 100 W.
El ser humano gasta 100 W
La energía se consume no solo en los desplazamientos hacia arriba, sino también en actividades musculares tales como los latidos del corazón y la respiración.
Del mismo modo, los impulsos nerviosos, el pensamiento, la defensa inmunológica y el metabolismo consumen energía.
Por este motivo, el cuerpo humano desarrolla cierta potencia no solo durante el trabajo físico, sino también en estado de reposo, ya que la circulación de la sangre y el metabolismo