I

Biología

Biología Molecular y Ecología

ADN, biotecnología y cambio climático

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Biología Molecular

Replicación, transcripción, traducción y biotecnología

ADNARNProteínas

🧬 Biología Molecular

El dogma central de la biología molecular describe el flujo de información genética: ADN → ARN → Proteína. Este proceso es esencial para entender cómo los genes controlan las características de los seres vivos.

📌 Dogma Central

  • Replicación: ADN → ADN; copia del material genético antes de la división celular; enzima: ADN polimerasa
  • Transcripción: ADN → ARNm; en el núcleo; la información del ADN se copia en ARN mensajero; enzima: ARN polimerasa
  • Traducción: ARNm → Proteína; en los ribosomas; los codones del ARNm se leen para ensamblar aminoácidos

🔬 Biotecnología

  • PCR: amplificación de fragmentos de ADN; usada en diagnósticos, COVID-19
  • CRISPR-Cas9: "tijeras moleculares" que editan genes; potencial para curar enfermedades genéticas
  • Organismos transgénicos: OGM con genes de otra especie (arroz dorado, vacas con insulina humana)
  • Terapia génica: reparar genes defectuosos para tratar enfermedades hereditarias
ADN → (transcripción) → ARNm → (traducción) → Proteína

✏️ Ejercicios

  • Ejercicio 1 Explica la diferencia entre replicación y transcripción del ADN.
    Replicación: copia el ADN completo para producir dos células hijas idénticas; ocurre antes de la división celular; produce ADN. Transcripción: copia la información de un gen específico en ARN mensajero; ocurre para fabricar proteínas; produce ARNm. La replicación duplica todo el genoma; la transcripción lee genes específicos.
  • Ejercicio 2 ¿Qué es CRISPR y cuáles son sus implicaciones éticas?
    CRISPR-Cas9 es una tecnología que permite editar genes con precisión, como tijeras moleculares. Potencial positivo: curar enfermedades genéticas (fibrosis quística, hemofilia), desarrollar cultivos resistentes. Dilemas éticos: bebés diseñados genéticamente (caso 2018, China), posible ampliación de desigualdades si solo ricos acceden, riesgo de cambios en la herencia humana permanente.
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Ecología y Cambio Climático

Efecto invernadero, calentamiento global, impactos en Perú

CO₂GlaciaresBiodiversidad

🌍 Ecología y Cambio Climático

El cambio climático es la alteración del sistema climático global causada principalmente por las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) de origen humano. El Perú es uno de los países más vulnerables a sus impactos.

🌡️ Efecto invernadero y Calentamiento

  • Efecto invernadero natural: sin él, la Tierra tendría −18°C
  • GEI principales: CO₂ (combustibles fósiles), CH₄ (ganadería, vertederos), N₂O, vapor de agua
  • Temperatura media global: +1.1°C desde época preindustrial (2023)
  • Meta Acuerdo de París: no superar +1.5°C
  • Consecuencias: derretimiento de glaciares, suba del nivel del mar, eventos extremos más frecuentes

🇵🇪 Impactos en el Perú

  • Glaciares: retroceso del 57% en últimas décadas; Pastoruri, Quelccaya
  • Recursos hídricos: reducción de agua dulce para las ciudades costeras
  • Biodiversidad: cambio en distribución de especies (el nicho térmico se desplaza)
  • Fenómeno del Niño: intensificado por el cambio climático
  • Agricultura: pérdida de cultivos andinos por cambio en temperaturas y lluvias
CO₂ + CH₄ + N₂O → ↑Efecto invernadero → ↑Temperatura → Impactos

✏️ Ejercicios

  • Ejercicio 1 ¿Cuál es la diferencia entre el efecto invernadero natural y el intensificado?
    Efecto invernadero natural: proceso que mantiene la Tierra a ~15°C (sin él: −18°C); esencial para la vida. Efecto invernadero intensificado: causado por el exceso de GEI emitidos por actividades humanas (quema de combustibles, deforestación), que retienen más calor del necesario, elevando la temperatura global y alterando el clima.
  • Ejercicio 2 Menciona 3 acciones personales que reducen tu huella de carbono.
    (1) Reducir el consumo de carne, especialmente res (la ganadería emite mucho CH₄). (2) Usar transporte público o bicicleta en lugar de automóvil particular. (3) Reducir el consumo de energía: apagar luces, usar electrodomésticos eficientes, desconectar cargadores. (4) Consumir productos locales (menos transporte = menos CO₂).
II

Química

Equilibrio Químico y Termodinámica

Le Chatelier, entalpía y entropía

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Equilibrio Químico y Termodinámica

Le Chatelier, entalpía (ΔH) y entropía (ΔS)

Le ChatelierΔHΔG

⚗️ Equilibrio Químico y Termodinámica Básica

El equilibrio químico se alcanza cuando las velocidades de la reacción directa e inversa son iguales. La termodinámica química estudia la energía involucrada en las reacciones.

📌 Principio de Le Chatelier

  • Si el sistema en equilibrio es perturbado, se desplaza para contrarrestar la perturbación
  • ↑ concentración de reactivos: equilibrio → productos
  • ↑ temperatura (exotérmica): equilibrio → reactivos
  • ↑ presión: equilibrio → lado con menos moles de gas
  • Constante de equilibrio: Kc = [productos]/[reactivos]

🔥 Termodinámica básica

  • Entalpía (ΔH): calor de reacción a presión constante
  • ΔH < 0: exotérmica (libera calor, combustión)
  • ΔH > 0: endotérmica (absorbe calor, fotosíntesis)
  • Entropía (ΔS): medida del desorden del sistema
  • ΔS > 0: aumenta el desorden
  • Energía de Gibbs: ΔG = ΔH − T·ΔS
  • ΔG < 0: reacción espontánea
ΔG = ΔH − T·ΔS | ΔG < 0 → espontánea | Le Chatelier: el sistema se opone a los cambios

✏️ Ejercicios

  • Ejercicio 1 En la reacción N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃ (exotérmica), ¿hacia dónde se desplaza el equilibrio si aumenta la temperatura?
    La reacción es exotérmica (libera calor). Al aumentar la temperatura, el sistema "siente" exceso de calor y se desplaza en la dirección que absorbe calor: hacia los reactivos (N₂ + H₂). Esto reduce la producción de NH₃.
  • Ejercicio 2 Una reacción tiene ΔH = −50 kJ y ΔS = +100 J/K. ¿Es espontánea a 298 K?
    ΔG = ΔH − T·ΔS = −50,000 J − (298)(100 J/K) = −50,000 − 29,800 = −79,800 J = −79.8 kJ. Como ΔG < 0, la reacción es espontánea a 298 K.
III

Física Avanzada

Electromagnetismo y Termodinámica

Campos, inducción y leyes de la termodinámica

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Electromagnetismo

Campo eléctrico, magnético, inducción y Maxwell

Campo EInducciónMaxwell

🧲 Electromagnetismo

El electromagnetismo unifica la electricidad y el magnetismo en un solo marco teórico, desarrollado por James Clerk Maxwell en el siglo XIX. Es la base de toda la tecnología eléctrica moderna.

📌 Campo eléctrico y magnético

  • Campo eléctrico (E): fuerza que ejerce una carga sobre otras; E = F/q = kQ/r²
  • Campo magnético (B): creado por cargas en movimiento (corriente eléctrica)
  • Fuerza de Lorentz: F = q(E + v×B)
  • Corriente → campo magnético (Oersted, 1820)
  • Campo magnético variable → corriente (Faraday, 1831)

📝 Inducción electromagnética y Maxwell

  • Ley de Faraday: emf = −dΦ/dt (cambio de flujo magnético induce voltaje)
  • Lenz: la corriente inducida se opone al cambio que la produce
  • Maxwell: 4 ecuaciones que unifican electricidad, magnetismo y luz
  • Predicción: las ondas EM viajan a c = 3×10⁸ m/s (la velocidad de la luz)
  • Aplicaciones: generadores, transformadores, motores, antenas, microondas
E = kQ/r² | F = qvB·sen(θ) | emf = −N·dΦ/dt | c = 3×10⁸ m/s

✏️ Ejercicios

  • Ejercicio 1 ¿Cuál es el campo eléctrico a 0.2 m de una carga de 5×10⁻⁶ C? (k = 9×10⁹ Nm²/C²)
    E = kQ/r² = (9×10⁹)(5×10⁻⁶)/(0.2)² = (9×10⁹)(5×10⁻⁶)/0.04 = 45000/0.04 = 1,125,000 N/C = 1.125×10⁶ N/C
  • Ejercicio 2 Explica el principio de un generador eléctrico usando la ley de Faraday.
    Un generador convierte energía mecánica en eléctrica usando la ley de Faraday: al girar una bobina dentro de un campo magnético, el flujo magnético a través de la bobina cambia constantemente. Ese cambio de flujo (dΦ/dt) induce una fuerza electromotriz (voltaje) en la bobina. Si se conecta un circuito, fluye corriente alterna (CA).
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Termodinámica

Leyes de la termodinámica y máquinas térmicas

ΔU=Q−WEntropíaCarnot

🔥 Termodinámica

La termodinámica estudia la relación entre el calor y el trabajo mecánico. Sus leyes gobiernan el funcionamiento de motores, refrigeradoras, centrales de energía y el universo mismo.

📌 Las Leyes de la Termodinámica

  • Ley 0: equilibrio térmico; base del termómetro
  • 1ª Ley: ΔU = Q − W; conservación de la energía (la energía no se crea ni destruye)
  • 2ª Ley: la entropía del universo siempre aumenta (ΔS_universo ≥ 0)
  • 3ª Ley: la entropía de un cristal puro a 0 K es cero

⚙️ Máquinas térmicas

  • Convierten calor en trabajo mecánico
  • Eficiencia: η = W/Q_H = 1 − Q_C/Q_H
  • Ciclo de Carnot: máxima eficiencia teórica: η = 1 − T_C/T_H
  • Ningún motor real es tan eficiente como el de Carnot
  • Refrigerador: máquina térmica inversa; usa trabajo para extraer calor
ΔU = Q − W | η_Carnot = 1 − T_C/T_H | ΔS_universo ≥ 0

✏️ Ejercicios

  • Ejercicio 1 Un motor recibe 1000 J de calor y realiza 300 J de trabajo. ¿Cuál es su eficiencia?
    η = W/Q_H = 300/1000 = 0.30 = 30%. El motor "desecha" 700 J como calor a la fuente fría.
  • Ejercicio 2 ¿Por qué la eficiencia de una máquina real nunca puede ser 100%?
    Por la 2ª Ley de la Termodinámica: en todo proceso real hay aumento de entropía (fricción, disipación de calor). Para que un motor tuviera 100% de eficiencia, necesitaría convertir todo el calor en trabajo sin pérdidas, lo que requeriría reducir la entropía del universo, lo cual es imposible. Siempre se pierde algo de energía como calor al ambiente.