8. Формулировка второго закона тд. Своеобразие его проявления в биосистемах.

(сюда же см. вопросы 11, 12, 13, 14, бо хз)

dS >= dQ/dt

- ограничивает переход какой –либо Е в работу или в другой тип энергии. Ни какой тип Е не может перейти в работу с КПД – 100%.

Положения:

1) не возможно перевести тепло от более холодной системы к более горячей без соответствующих изменений в этих системах и в окр. среде, т.е нельзя закипятить стакан с водой в холодильнике.

2) Самопроизвольно могут протекать лишь те процессы, которые связаны с переносом Е от более высокого уровня к более низкому, т.е. по градиенту.

3) Невозможно совершить работу против градиента без соответствующих изменений.

Градиент - векторная величина, разность величин того или иного параметра в 2-х точках, отнесенных к расстоянию между ними. Градиент концентрации – это концентрация «в» и «извне» на толщину мембраны (осмотич. градиент, концентрационный гр. (транспорт ионов и др. в-в), электрический гр.).

Все процессы, протекающее в природе, подчиняются первому закону ТД, однако не всякий возможный процесс осуществим на практике. Исходя из первого закона, нельзя определить направление самопроизвольного процесса. Второй закон ТД позволяет предсказать направление пр-са при заданных усл.. В отл. от 1 закона ТД он не носит всеобщего характера и применим лишь к сист., сост. из большого числа частиц.

Сущ. несколько формулировок 2 закона ТД:

1. Формулировка по Клаузиусу. Теплота не может самопроизвольно переходить от более холодного тела к более горячему.

2. Формулировка по Оствальду. Вечный двигатель второго рода невозможен (т.е. не существует машины, которая бы полностью превращала теплоту в работу).

3. Формулировка по Томсону. Невозможно получать работу при наличии только одного источника тепла в циклически действующей машине.

Итак, второй закон термодинамики гласит: в изолир. си-ме самопроизвольно протек. только такие проц., которые ведут к увелич. неупорядоченности си-мы, т.е. к росту энтропии. Основной смысл этого закона состоит в том, что в любой изолир. си-ме с теч. времени происходит постоянное возрастание степени беспорядка, а, значит, и рост энтропии.

Или: существует функция состояния S – энтропия, которая следующим образом связана с теплотой, поступающей в систему, и температурой системы:

1. – для самопроизвольных процессов;

2. – для обратимых (равновесных) процессов;

3. – для несамопроизвольных процессов,

т. е. второй закон термодинамики для различных процессов можно записать с помощью трёх вышеуказанных уравнений.

Применимость 2 закона т/д для характеристики свойств биосистем

1. 2 закон т/д был сформулирован для характеристики изолированных систем. Реальные биологические системы являются открытыми.

2. Значение энтропии строго определено для равновесного состояния. Биосистемы в своем развитии проходят через целый ряд неравновесных состояний.

8. Энтропия как функция состояния системы. Связь энтропии с тд вероятностью состояния системы.

Естественность хаотического движения м-л приводит к тому, что теплоту нельзя полностью превратить в работу. А работу можно полностью превратить в теплоту – это принципиальное отличие теплоты от работы. A=Q*(T1-T2)/T1. – Это принцип Карно (т.е. ограничивает переход тепла в работу).

Энтропия показывает в каком направлении происходит перемещение Е в изолированных системах.

Энтропия – мера необратимого рассеивания Е, мере неупорядоченности.

Q₁/Q₂ = T₁/T₂. S₁=Q₁/T₁. S₂=Q₂/T₂.

S₁ – S₂ >0 – необратимый процесс

S₁ – S₂ =0 – обратимый пр-с, сост. равновесия.

В закрытых системах (что это см. вопрос 5) S=0 или S>0.

Понятие S носит статистический характер.

Энтропия S в ТД имеет троякий смысл:

1) Тепловая емкость системы.

2) ТД функция сост. системы, яв-ся мерой ее неупорядоченности.

3) Мера вероятности системы, имеет статистический характер (Больцман).

S = k*lgW, это уравнение Больцмана, k-константа Больцмана, W – ТД вероятность.

ТД вероятность (W) – это к-во микросостояний, возможных в пределах данного макросостояния; показывает сколькими способами м.б. достигнуто то или иное сотояние системы. Все микросост., определяющие ТД вероятность имеют одинаковую матем. вероятность. Матем. вероятность – это среднее значение частоты появления события при массовых испытаниях.

Любая сист., стремясь к сост. ТД равновесия с S_max, занимает наиболее вероятное сотояние и min свободную Е. Свободная Е (F) – часть Е, кот. полностью переходит в работу.

В изолированных системах необратимые ТД пр-сы протекают в направлении ↑ энтропии. S полностью обратимых ТД пр-сов сохраняет постоянное значение.

Второй закон ТД: в изолированной системе самопроизвольно протекают только такие процессы, которые ведут к увеличению неупорядоченности системы, т.е. к росту энтропии.

Или: существует функция состояния S – энтропия, которая следующим образом связана с теплотой, поступающей в систему, и температурой системы:

1. dS > (dQ/T) – для самопроизвольных, необратимых процессов;

2. dS = (dQ/T) – для обратимых (равновесных) процессов;

3. dS < (dQ/T) – для несамопроизвольных процессов.

В изолированной системе (dQ=0) изменение энтропии служит критерием направления процесса, т. е. является критерием обратимости и необратимости процессов: если в процессе dS > 0, то он самопроизволен, необратим, а если dS = 0, то он равновесный, обратимый. Энтропия изолированной системы или увеличивается, или остаётся постоянной, и в состоянии равновесия энтропия максимальна.

В неизолированной системе для оценки необратимости процесса необходимо иметь величину dS системы и величину dS окружающей среды.