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

ПОЧАЛА ТЕРМОДИНАМІКИ

Якщо умови рівноважного стану біооб'єкту виконані, то можна сформулювати два фундаментальних закону природи, відомих як перше і друге початку термодинаміки. Ці закони прийнято називати началами саме тому, що в рамках несуперечливої логічної схеми їх неможливо вивести з більш фундаментальних принципів.

Слід зазначити, що численні спроби за допомогою дослідів спростувати початку термодинаміки, що вживали протягом декількох століть, виявилися невдалими. Цей факт підтверджує правильність почав термодинаміки.

Найбільш коротко, хоча за сучасними уявленнями і не цілком точно, два начала термодинаміки були сформульовані Р. Клаузиусом: енергія світу постійна, ентропія світу зростає. Зазначимо на неточності, приховані в цьому формулюванні. По-перше, слід враховувати не тільки енергію, але і масу 'світу. Згідно спеціальної теорії відносності, енергія і маса взаємопов'язані. По-друге, невідомо, чи є наш світ ізольованим.

Уточнена узагальнена формулювання почав термодинаміки може бути наступною: енергія і маса світу постійні, ентропія світу зростає, якщо він ізольований.

При термодинамічній описі біооб'єктів широко використовують функцію стану - ентропію. Нерідко вважають, що ентропія системи завжди зростає. Однак таке припущення помилково.

З другого закону термодинаміки ясно, що в ізольованих термодинамічних системах відбуваються тільки процеси, що супроводжуються зростанням або збереженням ентропії. У відкритих системах, т. Е. У всіх живих системах, ентропія може і зменшуватися, оскільки існують стоки ентропії. У зв'язку з цим неодмінною умовою, яке обов'язково має згадуватися, якщо використовується твердження про збільшення ентропії, є явна вказівка на ізольованість (відкритість) системи.

Еквівалентність теплоти і механічної роботи, встановлена Дж. Джоулем, являє собою одну з форм закону з - зберігання енергії , який і становить суть першого закону термодинаміки. У інтегральної формі перший початок термодинаміки формулюється в такий спосіб. Приріст внутрішньої енергії А Е системи дорівнює сумі теплоти Q , підведеної до системи, і роботи W ", досконалої над системою:

У співвідношенні (5.1) дуже важливі знаки.

У фізиці приріст розуміється строго однозначно - з значення ХГ, що описує подальший стан (2), віднімається значення Х 9 відповідне попереднього стану (1): ТАК "=

= Х 2 Х х .

Якщо використовується формулювання типу «теплота, отримана системою» або «теплота, підведена до системи», то це означає, що теплота Q позитивна.

Робота W, що здійснюються над системою, також повинна входити в співвідношення (5.1) з позитивним знаком.

Для біооб'єктів перший початок термодинаміки зручніше записувати в дещо видозміненій, але еквівалентній формі: слід поміняти знаки в лівій і правій частинах рівності (5.1) на протилежні. Тоді перший початок термодинаміки можна сформулювати наступним чином: спад внутрішньої енергії еліністичного системи дорівнює сумі теплоти -Q , відданої системою, і роботи -W, досконалою системою:

Як правило, в процесі життєдіяльності теплоту неможливо отримати «в чистому вигляді». Вона виділяється з організму.

Те саме можна сказати і до роботи - організм здійснює роботу. Це відбувається в результаті витрати внутрішньої енергії організму (переробки їжі, глюкози і т. Д.).

У загальному випадку при дотриманні умов застосовності законів термодинаміки (див. Параграф 5.1) можна вказати достатню кількість термодинамічних аналогій між Біооб'єкти і «звичайними» тепловими машинами.

Як приклад розглянемо рішення наступного завдання. Розрахувати масу глюкози, яку необхідно окислити в м'язах, щоб 100 разів підняти вантаж масою 5 кг від підлоги на висоту піднятої руки (2,2 м). Якщо ККД м'язів становить г | = 40%, то спад внутрішньої енергії організму при окисленні 1 г глюкози - 16 кДж.

Грунтуючись на теоремі Карно, Клаузіус ввів поняття ентропії S 'системи і сформулював другий початок термодинаміки. Для ізольованої системи приріст ентропії dS більше або дорівнює наведеної теплоті dQ / T, повідомленої системі при температурі Т :

Знак рівності в (5.3) відповідає рівноважному підведенню теплоти до системи: теплота повідомляється системі так, що не відбувається утворення градієнтів температур - теплові потоки між різними частинами системи дорівнюють нулю.

У стані рівноваги при постійній температурі = = const) приріст ентропії системи при рівноважному процесі дорівнює теплоті, віднесеної до температури:

Ентропія - одна з функцій стану термодинамічної системи.

 
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