- •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
7. Расширенный принцип Ле-Шатель. Адаптация и аутостабилизация живых систем. Типы перехода из одного стационарного состояния в другое.
Расширенный принцип Ле-Шателье утверждает, что при небольших отклонениях от стационарного состояния, в системе развиваются процессы, возвращающие систему в стационарное состояние. Система сама собой возвращается в стационарное состояние. При изменении внешних условий процессы в организме развиваются так, что он переходит в новое стационарное состояние.
Такая устойчивость стационарного состояния живых организмов называют аутостабилизацией.
Адаптация – приспособление к новым условиям.
В
1-
экспоненциальное приближение
2-
ложный старт 3-
овершут (переход с превышением)
J
– характеристика процесса.
Х- причина процесса
(какой- либо градиент).
t-
время
.
t
Решите задачи.
1. К какому типу термодинамических систем относится организм человека? Возможно ли существование человека в условиях замкнутой системы (например, человек в космическом корабле)?
2. Найти изменение энтропии, сопровождающее переход 1 кг воды из жидкого состояния в кристаллическое при 0ºС. Удельная теплота плавления-затвердевания воды λ=335 кДж/кг.
3.Найти изменение энтропии системы, при передаче некоторого количества тепла от одной части системы с температурой Т1 к другой с температурой Т2. Т1> Т2.
4.Найти изменение энтропии 1 кг воды при нагревании от 20ºС до кипения и полного ее испарения. Удельная теплоемкость воды
С=4,2 кДж/кг К. Удельная теплота парообразования воды L=2,25 МДж/кг.
5.Каким образом можно оценить эффективность основных биоэнергетических процессов?
6. Вычислить теплопродукцию (М) организма человека за сутки. Человек одет в шерстяной костюм толщиной 5 мм. Температура поверхности кожи 30ºС, поверхности одежды 20ºС, окружающего воздуха 18ºС. Площадь поверхности человека 1,2 м2. С поверхности тела испаряется ежесуточно 0,4 л воды. Удельная теплота испарения воды при 30ºС 2000 кДж/кг. Коэффициент теплопроводности шерстяной ткани
К1=0,06 Вт/м•К. Постоянная Стефана-Больцмана σ=6 10-8Вт/м2К4. Постоянная конвекции К2= 0,02 Вт/м•К.
Образец решения задачи. Условие задачи.
В калориметр, содержащий 100 г льда при температуре 0ºС, впущен 12,5 г водяного пара, имеющего температуру 100ºС. На сколько изменится энтропия системы к моменту, когда весь лед растает? Удельная теплота плавления льда λ=335 кДж/кг. Удельная теплоемкость воды С = 4,2 МДж/кг. Удельная теплота парообразования воды при 100ºС L=2,25 МДж/кг.
Решение задачи.
Анализ условия.
По условию задачи необходимо определить изменение энтропии ΔS системы состоящей из m1 льда и m2 водяного стоградусного пара. При превращении пара в воду, а затем охлаждения полученной воды выделяется тепло, которое идет на превращение льда в воду и возможно на нагревание полученной из льда воды. В каждом из этих процессов происходит изменение энтропии, суммарное изменение которой надо определить.
Следовательно, необходимо уточнить, какие именно процессы будут происходить в системе лед-пар. Для простоты расчетов нагреванием калориметра пренебрегаем. Определим, какие процессы протекают в системе. Для этого сравним количество теплоты, которое необходимо для плавления льда с количеством теплоты, выделяющегося при конденсации пара и охлаждения полученной воды от 100ºС до 0ºС.
Запишем условие задачи и ее решение в символической форме.
Опр. ΔS Для плавления льда необходимо Q1= m1λ
m1=100 г Q1 = 0,1кг•335000Дж/кг=33500 Дж
t1=0ºC Количество теплоты, которое выделяется при
m2=12,5 г конденсации пара Q2 = m2L
t2=100ºC Q2 =12,5• 10-3 kг•2,25 • 106 Дж/кг=28125 Дж
λ=335 кДж/кг Количество теплоты, которое выделяется при
С = 4,2 кДж/кг oхлаждении воды, полученной в результате
L = 2,25 МДж/кг конденсации пара Q3 = Сm2 (t2- t1)
Q3=4,2• 103 Дж/кг•12,5•10-3кг•(373 К–273 К)=5250 Дж
В результате конденсации пара и охлаждения полученной из него воды до 0ºС выделяется количество теплоты Q2 + Q3 = 33375Дж меньшее, чем Q2 необходимое для полного плавления льда. Таким образом, расплавился не весь лед, а его часть массой m3 = (Q2+ Q3)/λ.
m3 =33375Дж/335000Дж/кг =99,6•10 -3 кг
Теперь мы можем утверждать, что энтропия изменяется (ΔS) в результате плавления m3 кг льда (ΔS1), а так же в результате конденсации m2 кг пара (ΔS2) и охлаждении образовавшейся воды до 0ºС (ΔS3).
ΔS = ΔS1 +ΔS1 +ΔS1
По определению (уравнение 7) ΔS= . Следовательно:
ΔS1 =∫ dQ1 /T1; T1= const; dQ1=λdm. Масса образующейся изо льда воды
изменяется от 0 до m3. Тогда ΔS1 = = λ m3 /Т1;
ΔS1 = (335•103Дж/кг•99,6•10-3 кг)/ 273 К=122,2 Дж/кг•К
ΔS2 = ∫ dQ2 /T2 , dQ2 = L dm2, T2= const Масса пара изменяется от m2 до 0
Тогда ΔS2 = = - Lm2/T2.
ΔS2 = - (2,25 •106 Дж/кг•12,5•10-3кг)/373 К = - 75,4 Дж/кг•К
ΔS3 =∫ dQ3 /T, dQ3= C m2 dT, ΔS3 = = C m2 (ln T1 - ln T2)
ΔS3 = C m2 ln(T1/ T2)
ΔS3 = 4,2•103Дж/кг•К •12,5•10-3кг• ln(273 К/373 К) = - 16,4 Дж/кг•К
ΔS= λ m3 /Т1 - Lm2/T2 + C m2 ln(T1/ T2)
ΔS= 122,2 Дж/кг•К - 75,4 Дж/кг•К - 16,4 Дж/кг•К = 30,4 Дж/кг•К
Ответ: энтропия системы увеличилась, как и следовало ожидать, на 30,4 Дж/кг•К