Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Биофизика. Модуль Метаболизм. Ответы.docx
Скачиваний:
20
Добавлен:
16.06.2015
Размер:
395.2 Кб
Скачать

1.Живые организмы и первое начало термодинамики.

Термодинамикойназываютразделнауки и техники,исследующий процессы преобразования и использования энергии.

Так как всебез исключенияжизненные процессы связаны с преобразованиями энергии в живых организмах, термодинамика имеет большое значение и в биологических науках; в этом плане говорят о биологической термодинамике.

Первое начало термодинамики

Представляет собой закон сохранения энергии.

Он гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, она лишь переходит из одного вида в другой в различных физических процессах.

Отсюда следует, что внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной.

Вслучаезакрытыхсистемизменение внутренней энергиисистемы (ΔU)может происходить двумя способами:

  1. путем совершения работы (А) системой или над системой;

  2. посредством передачи тепла (Q).

ΔU=Q – A или Q = ΔU + A

(Тепло, переданное системе, идет на изменение внутренней энергии и совершение работы.)

Правило знаков:

  • +Q – тепло, поступающее в систему;

  • -Q – тепло, отдаваемое системой;

  • +А – работа, совершаемая системой над окружающими телами;

  • -А – работа, совершаемая окружающими телами над системой.

Формулировка первого закона термодинамики для живых систем

Все виды работы, совершаемыев живом организме, совершаютсяза счет энергии АТФ.

АТФ – это универсальный источник энергии.

Первый закон термодинамики полностью применим к живым организмам.

Для живых систем он формулируется следующим образом:

Все виды работ в организме совершаются за счет эквивалентного количества энергии, выделяющейся при окислении питательных веществ.

Организм теплокровных животных имеет постоянную температуру, и химический состав его в среднем не изменяется, поэтому ΔU=0.

Тогда уравнение имеет вид: Wпищи = Q + A

Опытная проверка применимости первого закона для живых систем проводилась в специальных биокалориметрах, где измерялась теплота, выделенная организмом в процессах метаболизма, при испарениях, а также вместе с продуктами выделения.

Оказалось, что выделенная организмом теплота полностью соответствует энергии, поглощенной вместе с питательными веществами.

Справедливость первого закона термодинамики для живых систем означает, что сам по себе организм не является независимым источником какой-либо новой энергии.

2.Историческая справка-работа Майера. Изменение внутренней энергии живого организма.

Работа Майера

В 1840-1841 годах Роберт Майер работал врачом на голландском судне, направлявшемуся к острову Ява. Во время пребывания в тропиках, он заметил изменение цвета венозной крови у своих пациентов по сравнению с цветом крови, какой она бывает в Европе... Размышляя, он пришёл к выводу, что в тропиках организму для поддержания температуры нужно «сжигать» меньше вещества, чем в Европе и существует некая связь между потреблением вещества и выделением тепла… (На современном языке это звучало бы примерно так: механическая работа и теплота в энергетическом смысле эквиваленты).

Энергия Е(U)– количественная мера определенного вида движения материи при ее превращении из одного вида в другой. Энергиявсегда определяет способность системы совершать работу.

Внутренняя энергия термодинамической системы.

Энергию любой системы можно разделить на две части:

  1. энергия, зависящая от положения и движения системы, как целого;

  2. энергия, определяемая движением и взаимодействием микрочастиц, образующих систему.

Вторую часть называют внутренней энергией системы U.

Внутренняя энергия U включает в себя:

  1. кинетическую энергию теплового движения частиц;

  2. потенциальную энергию, заключенную в химических связях;

  3. внутриядерную энергию.

В системах,химический составкоторыхв ходеэнергетическихпреобразованийостаетсянеизменным, при вычислении внутренней энергии можноучитыватьтолько энергию теплового движения частиц.

Примером такой системы является идеальный газ.

Внутренняя энергия идеального газа:

, где:

  • i – число степеней свободы молекулы,

  • m – масса,

  • μ – молекулярная масса,

  • R = 8,32.103 Дж•К-1•кмоль-1 – универсальная газовая постоянная,

  • Т – абсолютная температура.

Одноатомный газ – i=3

Двухатомный газ – i=5

Трёх- и многоатомный газ – i=6

Абсолютная температура является мерой средней кинетической энергии молекул,

а значит – и внутренней энергии.

Организм теплокровных животных имеет постоянную температуру, ихимический составего в среднемне изменяется, поэтомуΔU=0.