СРОП 2 БИОФИЗ. Законы термодинамики, изопроцессы и их применения в медицине
 Скачать 68.62 Kb.
|
Кафедра медицинская биофизика СРОП №2 Презентация на тему: Законы термодинамики, изопроцессы и их применения в медицинеВыполнила: Иванов В.АПроверила: Жумабекова Р.Р Факультет:Общая медицина 122 “А”
Первый закон термодинамикиЭто закон сохранения энергии: в изолированной термодинамической системе полный запас энергии есть величина постоянная и возможны только превращение одного вида энергии в другой в эквивалентных соотношениях. U = const; ΔU = 0. Формулировка первого начала термодинамики для закрытых систем следующая: теплота, подведенная к системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение работы против внешних сил. ΔQ = dU + ΔA, где Q - теплота, подведенная к системе; U - внутренняя энергия системы; А - работа; d обозначает, что U - функция системы, зависящая от термодинамических параметров (Р, V, Т). Особенность первого закона термодинамики биологии. В живой системе работа не может совершаться за счёт притока тепла извне, как в тепловой машине, она совершается за счёт изменения внутренней энергии системы при различного рода биохимических процессах или за счёт энтропийного фактора. Энтальпия. Закон ГессаЖизнедеятельность организмов, как и работа тепловой машины, сопровождается выделением в окружающую среду тепловой энергии за счет дыхания, пищеварения, работы мышц. Удельной теплопродукцией называют количество теплоты, выделяемое единицей массы животного в единицу времени: g = Qt/m, где Qt - количество теплоты, выделяемое в единицу времени; m - масса; g - удельная теплопродукция. Теплопродукция пропорциональна массе организма. Удельная теплопродукция уменьшается с увеличением массы. Такую зависимость можно объяснить тем, что с увеличением размера и массы животного уменьшается отношение его поверхности к объему. Для компенсации большой потери теплоты мелкими животными требуется более высокая интенсивность метаболизма и, соответственно, потребление большего количества пищи. Этим можно объяснить необычайную прожорливость грызунов и мелких птиц. Живые организмы - открытые термодинамические системы, существующие в условиях постоянства давления и температуры. Поэтому для оценки их жизнедеятельности важен еще один термодинамический параметр (функция) - энтальпия. Энтальпия (от греч. - нагреваю) - это та энергия, которая доступна для преобразования в теплоту при определенных температуре и давлении. Рассчитывается по формуле:H=U + P∙V где Н - энтальпия, U - внутренняя энергия, P - давление, V - объём. Энтальпия - термодинамическая функция, которая, подобно температуре, давлению, объему и внутренней энергии, характеризует систему. Абсолютное значение энтальпии для рассматриваемой системы определить невозможно и в термодинамических расчетах фигурирует лишь изменение энтальпии ΔН, происходящее при переходе системы из одного состояния в другое. Все химические реакции сопровождаются выделением (экзотермические) или поглощением (эндотермические) тепла. Мерой теплоты реакции служит изменение энтальпии ΔН, которая соответствует теплообмену при постоянном давлении. В случае экзотермических реакций система теряет тепло и ΔН - величина отрицательная. В случае эндотермических реакций система поглощает тепло и ΔН - величина положительная. Второе начало термодинамики и живые организмы Первое начало термодинамики не дает ответа на вопрос о том, почему процесс, связанный с трансформацией энергии, протекает именно в данном направлении; насколько полно осуществляется превращение энергии; каковы реальные пределы протекания того или иного биохимического процесса. Второе начало термодинамики позволяет судить о направлении протекания процесса и, таким образом, дополняет первое начало термодинамики. Формулировку второго начала термодинамики впервые дали независимо друг от друга Р. Клаузиус и У. Томпсон (). Р. Клаузиус: "Теплота не может переходить сама собой от более холодного тела к более теплому". Второе начало не имеет столь простой и общепринятой формулировки, как первое, и формулируется по-разному, в зависимости от той группы явлений, к которой оно прилагается. Важной физической величиной, используя которую можно сформулировать второе начало термодинамики в более общем виде, является еще один термодинамический параметр систем - энтропия. Энтропия - это мера неупорядоченности состояния системы. Энтропия измеряется в тех же единицах, что и теплоемкость, - Дж/моль∙К, где К - температура по Кельвину. Энтропия является таким же свойством термодинамической системы, как температура, давление и др. В любом теле (лист бумаги) содержится определенная энтропия; так же, как и внутренняя энергия, энтропия системы растет с ее массой и равна сумме энтропии подсистем, она увеличивается при повышении температуры за счет усиления теплового движения молекул. Аналогичное увеличение энтропии наблюдается при переходе вещества из твердого состояния в жидкое. Для вычисления изменения энтропии ΔS биохимической реакции из суммы изменения энтропии продуктов реакции вычитают сумму изменения энтропии исходных веществ. Изменение энтропии ΔS системы равно отношению количества теплоты (dQ), сообщенного системе, к температуре (Т): ΔS = dQ/T Сущность второго начала термодинамики для изолированных систем состоит в том, что все необратимые процессы протекают в таком направлении, в котором энтропия системы увеличивается. Энтропия - это часть общей энергии клетки, которая не может быть использована в данной системе. Согласно второму началу термодинамики энтропия изолированной системы стремится к максимуму, при котором достигается равновесие и реакция прекращается. Если атомы в молекуле упорядочены, то энтропия системы низка. Стационарное состояние. Теорема Пригожина. Термодинамическое равновесие. Устойчивое и неустойчивое стационарное состояние. Принцип Ле-Шателье Состояние системы, при котором ее параметры не изменяются в течение длительного времени, но происходит обмен веществом и энергией с окружающей средой, называют стационарным. В стационарном состоянии открытой системы концентрация промежуточных продуктов не изменяется со временем, что достигается определенным соотношением различных физико-химических процессов, ответственных за распад и образование промежуточных соединений. Живой организм в каждый момент времени не отвечает приведенному определению стационарного состояния. Однако, если рассмотреть средние значения его параметров за сравнительно большой промежуток времени, можно отметить их постоянство и утверждать, что стационарное состояние характерно для организма. Так, с большим постоянством поддерживается температура определенных органов и тканей у теплокровных животных, сохраняется неизменный солевой состав и водородный показатель (рН) различных биологических жидкостей, не изменяются в ходе нормальной жизнедеятельности величины биопотенциалов покоя, осмотического давления. Теорема ПригожинаИ. Пригожин (1946) на основе изучения открытых систем сформулировал основное свойство стационарного состояния: в стационарном состоянии при фиксированных внешних параметрах скорость продукции энтропии в открытой системе, обусловленная протеканием необратимых процессов, постоянна во времени и минимальна по величине. По теореме Пригожина для поддержания стационарного состояния тратится некоторое количество энергии, причем в каждом случае самое минимальное. Организм стремится работать на самом выгодном энергетическом режиме. При этом энтропия возрастает с минимальной скоростью. Однако теорема Пригожина не позволяет характеризовать стационарное состояние с точки зрения устойчивости к внешним воздействиям и самопроизвольным флуктуациям в самой открытой системе. Теорема Пригожина приложима к живым организмам лишь в качестве первого приближения, ибо она предполагает постоянство кинетических параметров, которое в организме в полной мере не выдерживается, особенно в начальный период его развития. Стационарное состояние живого организма характеризуется высокой динамичностью: в организме протекают такие процессы, которые нарушают стационарное состояние тех или иных систем (повышение температуры тела при воспалительных процессах). Если эти изменения не превышают определенных пределов, то стационарное состояние может восстановиться, т. е. небольшие отклонения от стационарного состояния не ведут к необратимым изменениям. Биологические системы обладают способностью к саморегуляции (установление наиболее экономичных, наиболее надежных уровней в работе живых организмов). ЗаключениеТаким образом, применение 3 законов термодинамики распространено во многих областях науки и жизни человека в целом. Во многом термодинамика упрощает жизнь, позволяет совершать новые открытия. Она во многом имеет общую связь с процессами энтропии и ее основными свойствами. Термодинамика играет большую роль в различных областях и сферах жизни человека. Ее правила и закономерности оставляют след в следующих областях теплотехника, энергетика, биология, машиностроение , медицина и другие. Кроме того термодинамика позволяет совершает новые открытия человечества. Это было бы невозможно без основных законов., Использованная литература https://pandia.ru/text/78/262/86240.php https://dendrit.ru/page/show/mnemonick/termodinamika-i-ee-primenenie-dlya-biolo/ https://cyberleninka.ru/article/n/zakony-termodinamiki-i-zdravoohranenie |