- •Оглавление
- •Введение.
- •Семинар №1 статистические методы обработки опытных данных
- •Вопросы для самоподготовки:
- •Мотивация цели
- •Подготовка к семинарскому занятию
- •Теоретические сведения
- •Основные понятия и формулы.
- •II. Основы теории ошибок и методы её практического применения для обработки экспериментальных данных
- •Абсолютная и относительная погрешности (ошибки).
- •Законы распределения случайных величин.
- •III. Расчет погрешности прямых измерений и доверительного интервала методом, основанным на определении средней квадратичной погрешности.
- •IV. Расчет погрешностей косвенных измерений.
- •3.Вычисляем абсолютные погрешности для каждого значения объёма:
- •V. Точность измерительных приборов.
- •VI. Графический метод представления результатов измерений.
- •VII. Упрощенный метод обработки результатов прямых измерений с использованием средней абсолютной погрешности.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Решение.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •Тесты 2-го уровня.
- •Семинар № 2 механические колебания и волны.
- •Вопросы для самоподготовки.
- •Подготовка к практическому занятию.
- •Теоретические сведения.
- •I. Основные понятия.
- •Основные законы теории колебаний и волн.
- •2.Затухающие колебания.
- •3. Вынужденные колебания. Резонанс. Автоколебания.
- •4.Механические волны.
- •5.Эффект Доплера.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Образец решения задачи.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень.
- •Семинар № 3 акустика. Звук, ультразвук и инфразвук.
- •Вопросы для самоподготовки
- •Мотивация цели
- •Звук. Виды звука.
- •2. Физические характеристики звука.
- •3. Характеристики слухового ощущения.
- •4. Закон Вебера-Фехнера.
- •5. Физика слуха: звукопроводящая и звукопринимающая части слухового аппарата. Теории Гельмгольца и Бекеши.
- •6. Звуковые методы исследования.
- •7. Ультразвук. Излучатели и приемники уз.
- •8.Особенности распространения уз-волны.
- •9. Действие ультразвука на вещество.
- •10. Использование уз в медицине.
- •11. Инфразвук (из) и его воздействие на человека.
- •12. Вибрации.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Образец решения задачи.
- •Тесты самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень.
- •Семинар № 4 биоэнергетика и термодинамика биологических систем.
- •Вопросы для самоподготовки.
- •Мотивация цели.
- •Подготовка к практическому занятию.
- •Теоретические сведения.
- •I. Основные понятия.
- •II. Основные законы термодинамики.
- •1.Первое начало термодинамики.
- •2. Второе начало термодинамики.
- •3.Термодинамические функции.
- •4.Применение первого начала термодинамики в биологии.
- •5. Применение второго начала термодинамики в биологии. Уравнение Пригожина. Негэнтропия
- •6. Стационарное состояние биологической системы. Отличие стационарного состояния от равновесного. Теорема Пригожина.
- •7. Расширенный принцип Ле-Шатель. Адаптация и аутостабилизация живых систем. Типы перехода из одного стационарного состояния в другое.
- •Решите задачи.
- •Образец решения задачи. Условие задачи.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень.
- •Семинар № 5 биофизика клетки. Физические механизмы переноса
- •Вопросы для самоподготовки.
- •1. Назначение цитоплазматических мембран.
- •2. Физические методы изучения ультраструктуры биологических мембран.
- •4. Модели биологических мембран
- •5. Перенос молекул (атомов) через мембраны, уравнение Фика.
- •7. Разновидности пассивного транспорта через мембрану.
- •8. Активный транспорт. Физический механизм активного транспорта.
- •9. Транспорт через сложные биологические мембраны. Опыт Уссинга.
- •Образцы решения задач
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень
- •Семинар №6 рентгеновское излучение. Радиоактивность. Дозиметрия.
- •Вопросы для самоподготовки.
- •Основные формулы.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •Образцы решения задач.
- •Тесты для самоконтроля.
- •1 Уровень. Выберите номера правильных ответов.
- •2 Уровень
- •Литература
- •302 026, Г. Орел, ул. Комсомольская, 95, тел. (4862) 74-45-08
2. Второе начало термодинамики.
Второе начало термодинамики указывает направление процесса.
Качественные формулировки второго начала термодинамики:
- по Клаузиусу - «Невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача тепла от тела менее нагретого к более нагретому»;
- по Томсону - «Невозможен процесс, единственным результатом которого было бы совершение работы только за счет охлаждения одного тела».
Количественная формулировка второго начала термодинамики.
Существует такая функция состояния S – энтропия, элементарное изменение которой dS ≥ δQ/T (3). Знак « = » соответствует обратимым процессам, знак « > » соответствует необратимым процессам.
Обратимые процессы – такие, которые можно провести в прямом, а за тем и в обратном направлениях так, что после этого ни в системе, ни в окружающей среде не останется никаких изменений.
При необратимых процессах остаются изменения, которые нельзя скомпенсировать.
В изолированной системе δQ=0 и dS ≥0. Следовательно, энтропия остается постоянной (dS=0) при обратимых процессах и возрастает (dS>0) при необратимых процессах.
Энергия связи Wсвяз зависит от степени неупорядоченности молекулярного движения, а ее количественной мерой является температура Т. Степень неупорядоченности зависит также и от свойств самой системы, которые Клаузиус охарактеризовал коэффициентом пропорциональности S, названный энтропией.
Wсвяз =sT (4) => s= Wсвяз/T (5)
Термодинамический смысл энтропии.
Энтропия – мера обесценивания энергии при необратимых процессах. В изолированной системе все процессы идут в направлении исчезновения градиентов (температуры, давления, потенциалов, концентрации) – градиентные процессы. Противоградиентные процессы – сопровождаются уменьшением энтропии, следовательно, не могут идти в изолированных системах.
Энтропия – физическая величина, характеризующая меру связанной энергии системы, приходящейся на единицу температуры (1 К).
Энтропия – функция состояния системы, поскольку целиком определяется параметрами системы и не зависит от того, как система пришла в данное состояние.
Изменение энтропии при элементарном обратимом процессе определяется выражением
ds = dQ/T (6)
При обратимом переходе из состояния (1) в состояние (2)
Δs= Q (7)
Для нахождения изменения энтропии при необратимом процессе, нужно рассмотреть какой либо обратимый процесс, приводящий систему в то же конечное состояние, и вычислить для этого процесса изменение энтропии.
Статистический смысл энтропии.
Энтропия – мера беспорядка в системе. По Больцману s=k ln Pтд (8), где k – постоянная Больцмана. Pтд – термодинамическая вероятность (число возможных микросостояний, которыми может быть реализовано данное макросостояние).
Второе начало термодинамики – это алгоритм, который дает возможность достоверно предсказать направление процессов в любом случае. Оно формулируется в следующем виде «при переходе из одного состояния в другое наиболее вероятным изменением энтропии является ее возрастание». Однако при флуктуациях протекают процессы, которые сопровождаются уменьшением энтропии, но эти малые отклонения от равновесного состояния не противоречат второму закону. Они являются неизбежным следствием именно вероятностного характера энтропии.