Навігація
Головна
 
Головна arrow Техніка arrow БІОТЕХНІЧНІ СИСТЕМИ МЕДИЧНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ
Переглянути оригінал

ТЕРМОДИНАМІЧНИЙ ОПИС БІООБ'ЄКТІВ

Протягом багатьох років застосовність законів термодинаміки до біооб'єктів - предмет наукової дискусії. Термодинамічний опис живих систем (біотермодінаміка) використовується досить часто, однак отримані результати, і особливо їх інтерпретація, часто виявляються неправильними.

Головна причина неточностей в біотермодінаміке (крім простого нерозуміння суті законів термодинаміки і специфічності живих систем) - ігнорування меж справедливості законів термодинаміки в їх традиційній формулюванні. У зв'язку з цим вихідним умовою використання термодинамічних моделей біооб'єктів є аналіз самих законів термодинаміки і умов їх застосування до таких специфічним об'єктам, як живі системи.

Закони термодинаміки і умови їх застосовності в біології

Зазвичай для термодинамічного опису живих систем (біоенергетика) використовують у такому значенні: рівновагу, відкритість, термодинамічні функції і параметри стану. Слід мати на увазі, що в термодинаміки будь-який об'єкт розглядається як система, що містить велику кількість частинок N ». Саме ця обставина найбільш часто не береться до виду.

Залежно від числа частинок в системі флуктуація спостерігається фізичної величини X оцінюється наступним чином:

При малому числі частинок N « 1 спостерігають суттєві відхилення (Д XIX » 1) від законів термодинаміки, що пояснюється їх статистичними характером. У системах з великим числом частинок N » 1 закони термодинаміки виконуються з великою точністю (Д XIX« 1).

Головна умова застосовності класичних законів термодинаміки до кількісного аналізу енергетики біооб'єкту - равновесность стану біооб'єкту і равновесность процесів, що протікають в ньому. Строго кажучи, тільки для рівноважних процесів в біооб'єктах справедливі закони термодинаміки, сформульовані у вигляді рівності. В інших випадках запис законів термодинаміки вимагає застосування нерівностей.

Процеси в біооб'єктах, які задовольняють умовам равновесности, описуються законами нерівноважноїтермодинаміки. При описі відкритих систем методами нерівноважної термодинаміки дуже важливо визначити, наскільки ця система близька до стану термодинамічної рівноваги.

Потоки речовини і енергії через відкриту систему можуть бути великі, а значення змінних сильно відрізнятися від рівноважних, тому такі системи не можна описувати термодинамічними параметрами. Разом з тим окремі частини сильно нерівноважних систем можуть бути близькі до рівноваги (локальне рівновагу). Для таких частин термодинамічний опис також може бути застосовано.

Слід зазначити, що в даний час при вирішенні практично важливих задач вивчення біооб'єктів закони термодинаміки відкритих систем застосовують порівняно рідко. Більш широко використовують мультікомпартментние моделі.

Мупьтікомпартментние моделі засновані на уявленні нерівноважної системи в вигляді декількох локалізованих, взаємодіючих між собою підсистем (відсіків, компартмен- тов). Взаємодія локально-рівноважних підсистем між собою і з навколишнім середовищем описується рівняннями балансу речовини і енергії.

З викладеного вище ясні необхідні умови застосовності до біооб'єктами законів класичної термодинаміки:

  • • велике число часток в об'єкті N » 1;
  • • знаходження об'єкта в равновестном стані.

Тільки при дотриманні цих умов біооб'єкт може характеризуватися єдиним набором макроскопічних параметрів: тиском Р, об'ємом V, температурою Т, числом частинок N. Якщо об'єкт не знаходиться в стані рівноваги, то його неможливо охарактеризувати макроскопічними параметрами, наприклад, тиск і температура в різних частинах такого об'єкта будуть різними.

Таким чином, термодинамічні параметри є характеристиками об'єкта в цілому, несуперечливо описують тільки об'єкти в рівноважному стані з великим числом частинок.

 
Переглянути оригінал
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Аудит та Бухоблік
Банківська справа
БЖД
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Нерухомість
Менеджмент
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
Соціологія
Статистика
Техніка
Страхова справа
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси
Пошук