Boletín 5-1 Transporte de materia, calor y corriente eléctrica
Biofísica CURSO 16-17 Grado en Biología
Ej.1 Consideremos que los poros de la membrana
celular son cilindros de 4Å de radio y de 80Å de longitud
(grosor de la membrana). Supongamos que hay 2.5·1010
poros. Si se aplica una diferencia de presión p de 5
mmHg entre el exterior y el interior de la célula, ¿qué
cantidad de agua entrará por los poros si la viscosidad
del agua es 1cP?
Ej.2 Una membrana de 0.3mm de grosor separa dos
disoluciones de glucosa. En la primera de ellas hay 25 g
de glucosa por cada litro de disolución, y en la segunda,
la concentración de glucosa es de 7g por cada litro de
disolución. El área total de los poros de la membrana
que permiten el paso de la glucosa es de 0.3 cm2. Si el
flujo de agua a través de la membrana es nulo y si el
coeficiente de difusión vale D=0.3·10-5 cm2 ·s-1, calcúlese
el flujo de glucosa y cuántos moles de glucosa la
atraviesan en un minuto. Dato: masa molecular de la
glucosa 180 g· mol-1.
Ej.3 Sabiendo que las moléculas de glucosa necesitan
0.1s para recorrer por difusión una distancia media de
10m, calcular el tiempo que tardarán en recorrer una
distancia media de 1cm.
Ej.4 La concentración de proteínas en el plasma
sanguíneo se compone de albúminas (masa molecular
75000 g·mol-1) cuya concentración es de 4.5g por cada
100 ml, y de globulina (masa molecular 170000 g·mol-1)
en la proporción de 2g en 100 ml. Evaluar sus
respectivas presiones osmóticas a 37ºC.
Ej.5 La savia de los árboles se puede considerar como
una disolución de sacarosa en agua de concentración
29.2 mol·m-3. Si la temperatura es de 27ºC, ¿qué altura
puede subir la savia a un árbol únicamente por presión
osmótica? Dato: densidad de la savia es 1000 kg·m-3.
Ej.6 Deducir la ecuación dimensional del coeficiente de
filtración de membrana.
Ej.7 El ritmo metabólico de un insecto vale 50.3 J·h-1 y
su temperatura es de 20ºC. ¿A qué temperatura se
mantendrá en invierno si reduce su ritmo metabólico a la
mitad y se protege con una capa de segregaciones de
1mm de espesor y de conductividad térmica 41.9 J·K-1·h-
1·cm-1. Datos: la temperatura del ambiente invernal es
5ºC y superficie del insecto 0.5 cm2.
Ej.8 Una barra de acero de 10cm de longitud se suelda
con una barra de cobre de 20cm de longitud (véase
figura). Ambas están perfectamente aisladas por sus
costados. Las barras tienen la misma sección
transversal cuadrada de lado 2cm. El extremo libre de la
barra de acero se mantiene a 100ºC colocándolo en
contacto con vapor de agua. El extremo libre de la
barra de cobre se mantiene a 0ºC colocándolo en
contacto con hielo. Calcula la temperatura en la unión
de las dos barras y la corriente de calor total. kacero=
50.2 W/mK y kcobre= 385 W/mK.
Ej.9 Una placa de metal de 4 mm de espesor tiene
una diferencia de temperatura entre sus extremos de
32ºC. Transmite una energía calorífica por conducción
de 2·105 cal/h a través de un área de 5cm2. Calcular la
conductividad térmica del material.
Ej.10 Dos animales polares cuya sangre está a la
misma temperatura, tienen el mismo peso. El área
superficial de uno de ellos es de 1.5 m2 y la del otro 1
m2. El primero tiene una capa de pelo de 5cm de
espesor y el segundo de 3cm. Suponiendo que
únicamente pierden calor por conducción y que ambos
realizan el mismo ejercicio, ¿cuál de ellos tiene que
comer más?
Ej.11 Hallar la potencia media perdida por radiación
por una persona de 1.7 m2 de superficies corporal a
37ºC de temperatura en un lugar a 20ºC. Supón un
coeficiente de emisividad de 0.3.
Ej.12 El vidrio de una ventana está a 10ºC y su área
es 1.2 m2. Si la temperatura del aire exterior es 0ºC,
calcular la energía que se pierde por convección cada
segundo. Considerar que h= 4 W·m-2·K-1.
Ej.13 Una caja de espuma de poliuretano para
mantener frías las bebidas tiene un área de pared total
(incluida la tapa) de 0.80m2 y un espesor de pared de
2.0cm y está llena con: hielo, agua y latas de refrescos
a 0ºC. Calcula la corriente de calor hacia el interior si
la temperatura exterior es de 30ºC. ¿Cuánto hielo se
derrite en un día?. k=0.010 W/mK, Lf=3.34·105 J/kg
Ej.14 La estrella gigante Betelgeuse emite energía
radiante a una razón 104 veces mayor que nuestro
Sol, mientras que su temperatura superficial es sólo la
mitad (2900K) de la del Sol. Estima el radio de la
estrella, suponiendo =1. El radio del Sol es 7·108m.