ПЕРШИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ

Перший закон термодинаміки є сувору кількісну основу для аналізу енергетики різних систем.

Приріст внутрішньої енергії системи (АЕ) в деякому процесі одно теплоті (Q), отриманої системою, + робота (W), вчинена над системою в цьому процесі :

де Q - теплота, підведена до системи; W - робота, здійснена над системою, АЕ = Е 2 -Е.

У біологічних системах теплота зазвичай віддається системою в зовнішнє середовище, а робота здійснюється системою за рахунок убутку внутрішньої енергії. Спад внутрішньої енергії системи відбувається за рахунок теплоти Q , відданої системою, і роботи W y досконалою системою. Тому математичний запис першого закону термодинаміки в біологічних системах зручно представити у вигляді

Крім того, строго кажучи, для відкритих систем треба враховувати, що внутрішня енергія - величина екстенсивна і залежить від маси системи. Тому перший закон термодинаміки для відкритих систем записується у вигляді

де Е т - енергія, пов'язана зі зміною маси системи.

Перший закон термодинаміки випливає з більш загального закону збереження енергії і є кількісним виразом цього найважливішого закону природи.

Залежно від умов протікання процесу в системі використовують різні функції стану. При цьому замість складних систем для отримання висновків про перетвореннях маси і енергії використовують спрощені моделі. Так, наприклад, термодинамічні процеси при здійсненні роботи підняття людиною вантажу можна змоделювати за допомогою циліндра з поршнем. У циліндрі окислюється глюкоза і виділяється вуглекислий газ і вода роблять роботу, піднімаючи поршень з вантажем. Тиск в системі при цьому підтримується постійним і рівним зовнішньому. Такі процеси, що протікають при р = const, називаються ізобарна.

Як відомо, робота розширення, що здійснюються при изобарном процесі, дорівнює W = - РДК, де AV - приріст обсягу системи, рівне різниці обсягів в початковому і кінцевому станах (V 2 - V).

Підставляючи цей вираз для роботи розширення в рівняння (11.1) і провівши нескладні перетворення, отримуємо

де Q p - теплота ізобарного процесу, 1,2- індекси, які стосуються початку і кінця процесу відповідно.

Величина (Е + pV) визначена як функція стану системи - ентальпія ( Н ).

Тоді рівняння (11.3) можна записати у вигляді

З виразу (11.3) випливає, що ентальпія - функція стану, приріст якої одно теплоті, отриманої системою в изобарном процесі.

Вимірювання збільшення ентальпії в деякому процесі може бути здійснено при проведенні цього процесу в калориметр при постійному тиску.

У разі, коли зміна стану системи відбувається при постійному обсязі, процес називають ізохорним. Зміна обсягу дорівнює нулю (Д V = 0), і відповідно робота розширення W = = 0. Тоді з 11.1 слід:

Таким чином, внутрішня енергія - функція стану, приріст якої одно теплоті (Qy), отриманої системою в ізо- Хорном процесі.

Отже, зміна внутрішньої енергії в деякому процесі може бути виміряна при проведенні його в калориметр при постійному обсязі:

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >