Главная страница
Навигация по странице:

  • «ҚАЗАҚСТАН-РЕСЕЙ МЕДИЦИНАЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ» МЕББМ Актуальность выбранной темы цель и задачи

  • ТЕРМОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

  • Первый закон термодинамики

  • Особенность первого закона термодинамики биологии.

  • Жизнедеятельность 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

  • 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.

  • Второе начало термодинамики и живые организмы

  • Второе начало термодинамики позволяет судить о направлении протекания процесса и, таким образом, дополняет первое начало термодинамики.

  • 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.

  • Изменение энтропии ΔS системы равно отношению количества теплоты ( d Q), сообщенного системе, к темпе­ратуре (Т): ΔS = d Q/T

  • Стационарное состояние. Теорема Пригожина. Термодинамическое равновесие. Устойчивое и неустойчивое стационарное состояние. Принцип Ле-Шателье

  • СРОП 2 БИОФИЗ. Законы термодинамики, изопроцессы и их применения в медицине


    Скачать 68.62 Kb.
    НазваниеЗаконы термодинамики, изопроцессы и их применения в медицине
    Дата30.09.2022
    Размер68.62 Kb.
    Формат файлаpptx
    Имя файлаСРОП 2 БИОФИЗ.pptx
    ТипПрезентация
    #706561

    Кафедра медицинская биофизика СРОП №2 Презентация на тему: Законы термодинамики, изопроцессы и их применения в медицине

    Выполнила: Иванов В.А

    Проверила: Жумабекова Р.Р Факультет:

    Общая медицина 122 “А”


    «ҚАЗАҚСТАН-РЕСЕЙ МЕДИЦИНАЛЫҚ

    УНИВЕРСИТЕТІ» МЕББМ
    Актуальность выбранной темы цель и задачи Становится актуальной проблема формулировки новой парадигмы здравоохранения. Суть ее заключается в преимущественном переходе от дорогостоящей, но не оправдавшей себя с точки зрения сохранения здоровья популяции «концепции постоянного совершенствования медицинской помощи населению» к «концепции мониторинга, воспроизводства, сохранения и укрепления здоровья населения». Целью и задачей темы является изучение основных понятий и изучение законов термодинамики, изопроцессов и их применение в медицине. ТЕРМОДИНАМИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ Термодинамика биологических процессов - это раздел биофизики, изучающий общие закономерности превращения энергии. Тер­модинамика рассматривает также проблемы устойчивости и эволю­ции биологических систем. В биологии законы термодинамики используются, во-первых, для расчета параметров энергетических превращений в организме и, во-вторых, для определения КПД биологических процессов. Тер­модинамический аспект необходимо учитывать при изучении физи­ко-химических процессов. Термодинамика биологических процес­сов послужила основой для разработки представлений об источни­ках энергии процессов жизнедеятельности, оказалась плодотворной для понимания и количественного анализа таких биологических процессов, как генерация биопотенциалов, осмотические явления, мышечные сокращения.

    Первый закон термодинамики


    Это 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 Гесса


    Жизнедеятельность 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 Пригожина


    И. 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).

    Заключение


    Таким 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


    написать администратору сайта