Санкт-Петербургская государственная

медицинская академия им. И. И. Мечникова

кафедра медицинской и биологической физики

Термодинамика биологических систем Методическое пособие для самостоятельной работы студентов

составитель: доцент В.Е. Тюшев,

ассистент И.И. Малевская

зав.лабораторией Антропов С.И

под редакцией профессора Е.С. Мандрыко

Санкт-Петербург

2002

Содержание

Основные термины термодинамики………………………………….стр.

Свободная энергия…………………………………………………… стр.

Первое начало термодинамики……………………………………… стр.

Применение первого начала термодинамики к живым системам… стр.

Закон Гесса……………………………………………………………. стр.

Второй закон термодинамики………………………………………. .стр.

Второй закон термодинамики и живой организм…………………. .стр.

Стационарное состояние……………………………………………. .стр.

Теорема Пригожина…………………………………………………..стр.

Биофизические основы терморегуляции.

Тепловой баланс организма………………………………………….стр.

Список литературы………………………………………………… ..стр.

Термодинамика биологических систем

Жизненные процессы при всём своём многообразии имеют и общие черты – любой из них требует затрат энергии. Поэтому важным направлением биофизических исследований является термодинамика – наука о преобразовании энергии в системах. Основная цель термодинамики – изучение трансформации энергии при переходе системы из одного энергетического состояния в другое.

Основные термины термодинамики

Система – это совокупность материальных объектов (тел), ограниченных каким-либо образом от окружающей среды.

В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой термодинамические системы делятся на три типа:

1) изолированная – система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией;

2) замкнутая – система, которая может обмениваться с окружающей средой лишь энергией и не может обмениваться веществом;

3) открытая – система, которая обменивается с окружающей средой и энергией и веществом.

Живые организмы являются открытыми системами.

Состояние любой термодинамической системы характеризуется некоторыми параметрами. Одни из них не зависят от массы или числа частиц в системе (иначе говоря, от размеров системы), другие пропорциональны этим параметрам ( m, V).

Первые получили название интенсивные термодинамические параметры (давление p, температура Т и т.п.). Параметры второй группы называются экстенсивными (энергия W или U, энтропия S, свободная энергия G, F).

Изменение параметров термодинамической системы называется термодинамическим процессом.

Энергию системы (W) можно представить как совокупность двух частей: зависящую от движения и положения системы как целого (W_ц) и не зависящую от этих факторов (U)

W = W_ц + U

Вторую составляющую этой совокупности U называют внутренней энергией системы. Она включает энергию теплового движения частиц, а также химическую и ядерную энергию, определяющую поступательное, колебательное и вращательное движение молекул, внутримолекулярное взаимодействие и колебание атомов, энергию вращения электронов.