ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕР

Тақырып: БИОЛОГИЯЛЫҚ ЖӘНЕ ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ЖҮЙЕЛЕР

Орындаған: Бекет Арайлым

БТ 18-08топ

әл-Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті

Биология және биотехнология факультеті

І Кіріспе

ІІ Негізгі бөлім

Термодинамика - ағзадағы энергия, жылу және зат алмасу процестері жөніндегі ғылым.

Жүйелер түсінігі. Биологиялық және термодинамикалық жүйелер.

Биологиялық жүйелердің алуантүрлілігі.

Термодинамикалық жүйелердің негізгі параметрлері.

Термодинамикалық процесс.

ІІІ Қорытынды

ІV Пайдаланылған әдебиеттер тізімі

Жоспары:

Кіріспе

Термодинамика - физика ғылымындағы жылудың жұмыс және басқа энергия түрлерімен арадағы қарым-қатынасын зерттейтін тармағы. Термодинамика - тәжірибелерден жинақталған нәтижелерге сүйенетін феноменологиялық ғылым. Ол көптеген құрамдас бөліктерден тұратын макроскопиялық жүйелер - термодинамикалық жүйелерді зерттейді. Мұндай жүйелерде жүретін процестер макроскопиялық шамалар, мысалға қысым немесе температура арқылы сипатталады және олар молекулярлық деңгейде қолдануға келмейді.

Термодинамика заңдылықтары жалпы сипатта қолданылады және заттардың атомдық деңгейдегі құрылымына тәуелді емес. Сондықтан термодинамика ғылым мен техниканың энергетика, қозғалтқыштар, фазалық ауысу, химиялық реакциялар, секілді көптеген салаларында қолданылады. Термодинамиканың физика мен химияның бірқатар салаларында, химиялық технология, аэроғарыштық технология, машина жасау, жасушалық биология, биомедициналық инженерия секілді алуан түрлі салаларда алатын орны ерекше.

Термодинамика - ағзадағы энергия, жылу және зат алмасу процестері жөніндегі ғылым.

Энергия - ғылымдағы өте маңызды физикалық түсінік болып табылады. Энергия деп физикада материяның қозғалысының әр түрлі формаларының жалпы шамасын көрсететін скалярлық физикалық өлшемді айтамыз.

Жүйенің энергиясы дегеніміз сол жүйенің белгілі бір жұмыс жасауға қабілеттілігі. Қандай да болмасын термодинамикалық күйде болатын кез келген термодинамикалық жүйенің толық энергиясы болады.

Дені сау ересек адамның дене температурасы +36, 5°С+36, 9°С. Бір тәуліктің ішінде де дене температурасының сәл де болса ауытқуы байқалады. Мысалы, түнге қарағанда күндіз сәл жоғарылау болады. Бұл ағзадағы зат алмасудың өзгеруіне тікелей байланысты. Адам дене температурасының мұндай аз ғана ауытқуын сезе бермейді. Дене температурасының +43°С көтерілуі немесе +25°С төмендеуі қазаға ұшыратады. Ағзаның өз дене температурасын бірқалыпты сақтауға бағытталған физиологиялық үдерістерін жылуды реттеу дейді. Дене температурасының тұрақтылығы ағзада пайда болған жылумен, сыртқа бөлінетін жылудың мөлшеріне байланысты. Ағза жылуды тері арқылы шығарады. Адамның бір тәулікте бөлетін жалпы жылуы шамамен 13 500 Дж болса, оның 80%-ы тері арқылы сыртқа бөлінеді.

Зат алмасу дегеніміз - организмде жүріп жататын барлық химиялық процестердің жиынтығы. Организмдегі зат алмасу тіршіліктің негізгі белгісі болып табылады. Тірі организм зат алмасудың нәтижесінде пайда болып жарыққа шығады, тіршілік етеді, өсіп жетіледі және өледі. Зат алмасу физиологиялық - ас қорыту, сіңіру, бөліп шығару, физикалық-химиялық-сорбция, диффузия, биопотенциалдар, биохимиялық-заттардың синтезделуі, ыдырауы, өздігінен- өзі құралуы сияқты т. б әртүрлі кейде қарама-қарсы процестерді айтамыз.

Дененің бір күйден басқа бір күйге ауысуы кезіндегі белгілі бір жұмыс істеу қабілеті оның энергиясы деп аталды. Материя қозғалысының әртүрлі формалары бір-біріне айналып (түрленіп) отырады.

Тірі организмдердегі жылу алмасу

Адам денесінде жылу екі жолмен реттеледі:

ХИМИЯЛЫҚ

ФИЗИКАЛЫҚ

Химиялық жолмен жылудың реттелуі зат алмасу кезінде ағзада түзелетін жылу мен бұлшықеттердің жұмысына байланысты. Бұл тағамның құрамындағы ағзалық заттардың ыдырауынан бөлінетін энергия арқылы реттеледі.

Физикалық жолмен реттелуі ағзада пайда болған энергияның сыртқы ортаға жылу түрінде бөлінуі арқылы жүзеге асады. Оған теріден судыңтер арқылы булануы мысал болады. Тері арқылы ағзадағы жылудың реттелуі тер бездерінің, қантамырлардың, тері шелмай қабатының қатысуымен жүреді.

Тірі организмдердегі зат алмасу процессі

Заттар мен энергия алмасу арқылы ағзаның ішкі ортасының (қан, ұлпа сұйықтығы, лимфа) тұрақтылығы сақталады.

Ағза заттар мен энергия алмасу арқылы өседі, дамиды және тіршілігін жалғастырады. Заттар мен энергияның алмасуы 2 процестен тұрады. Біріншісі - пластикалық алмасу (ассимиляция), екіншісі - энергетикалық алмасу (диссимиляция) . Алмасудың бұл екі жолы өзара тығыз байланысты, әрі бір-біріне тәуелді, біртұтас процестер.

Жүйелер түсінігі. Биологиялық және термодинамикалық жүйелер.

Жүйе дегеніміз- күрделі бірлікті құрайтын бір-бірімен байланысты немесе өзара байланысты объектілердің жиынтығы немесе комплекс, белгілі бір схемаға не жоспарға сәйкес реттеліп орналасқан бірнеше бөлімнен тұратын тұтастық.

Биологиялық жүйе- бір-бірімен қарым-қатынаста және байланыста болатын, сөйтіп белгілі бір тұтастық, бірлестік құратын көптеген құрамдас бөліктер жиынтығы.

Жүйелер түсінігі. Биологиялық және термодинамикалық жүйелер.

Биологиялық жүйе

Биологиялық жүйе - тірі жүйелерде белгілі бір функцияны орындайтын компоненттердің ажырамас жүйесі. Биологиялық жүйелерге әр түрлі ұйым деңгейіндегі күрделі жүйелер жатады: биологиялық макромолекулалар, жасуша астындағы органеллалар, жасушалар, мүшелер, организмдер, популяциялар, тұтастай алғанда биосфера.

Биологиялық жүйелерінің қасиеттері:

тұтастық (жүйенің қасиеттерінің оның элементтерінің қасиеттерінің жиынтығына кемімеуі),

салыстырмалы тұрақтылық,

ашықтық,

сыртқы ортаға бейімделу мүмкіндігі,

даму,

өзін-өзі көбейту,

эволюция

Ашық және жабық биологиялық жүйелер

Егер зат шекара арқылы өтпесе, онда біз мұндай жүйені жабық жүйе деп атаймыз. . Жабық жүйенің ішіндегі мәселе әрдайым бірдей. Реакция орын алғанда, жүйе кеңейе алады немесе ол төмен температурада болса, айналаға энергияны бере алады. Мысалы, поршеньде сығылған сұйықтық болған кезде ол жабық жүйе болып табылады. Онда сұйықтықтың массасы өзгермейді, бірақ көлемі өзгеруі мүмкін.

Оқшауланған жүйе сонымен қатар жабық жүйе болып табылады. Алайда, ол жабық жүйеден ерекшеленеді, өйткені оқшауланған жүйенің айналасында механикалық немесе жылу байланысы жоқ. Уақыт өте келе оқшауланған жүйелер қысым, температура немесе басқа да айырмашылықтарды теңдестіру арқылы термодинамикалық тепе-теңдікке жетеді.

Ашық жүйеде зат пен энергия жүйе мен айналаның арасындағы шекара арқылы өтеді. Ашық болғандықтан, ол қоршаған адамдармен үнемі байланыста болады. Мысалы, біздің денеміз ашық жүйе. Ашық жүйеде және одан шығатын энергия ағынын басқару қиын. Сонымен қатар, энергетикалық баланс қиын. Ашық болғандықтан, жүйенің массасы міндетті түрде өзгермейді; керісінше оның көлемі тұрақты

Термодинамиканың бірінші заңы ашық жүйелерге қатысты. Онда ашық жүйенің ішкі энергиясы туралы айтылады. Біз жүйенің ішкі энергиясын жүйеде немесе жылу жүйесінде жұмыс жасай отырып өзгерте аламыз. Ашық жүйенің ішкі энергиясының өзгеруі біз жүйеге қосу керек энергияның мөлшеріне тең (қыздыру немесе жұмыс жасау арқылы), заттың ағып кетуінен және жұмыс нәтижесінде жоғалған энергияның минусынан. жүйесі.

Термодинамикалық жүйе

Термодинамикалық жүйе дегеніміз - бір-бірімен (бір-бірімен) де, сыртқы денелермен де энергия алмасатын макроскопиялық (өте көп бөлшектерден тұратын) денелердің жиынтығы.

Термодинамикалық тепе-теңдік - бұл термодинамикалық параметрлер өзгермейтін жағдай.

Термодинамикалық процесс деп термодинамикалық жүйеде болатын кез келген өзгерісті айтады.

Биологиялық жүйелердің алуан түрлілігі

Биологиялық жүйелерді зерттеу олардың барлығы бір-бірінен күрделілік дәрежесінде, құрылымдардың, процестер мен функциялардың өзіндік ерекшелігінде ерекшеленетінін көрсетеді. Қарапайым биожүйелер неғұрлым күрделі болып табылады. Тіршіліктің төменгі деңгейлеріндегі биохимиялық реакциялар биологиялық ұйымның жоғары деңгейлерінде болатын процестердің алғышарты болып табылады. Биологиялық жүйелердің алуантүрлілігі - түрлердің белгілі бір аумақта, экожүйеде немесе тіпті планета бетіндегі түрлері. Бүкіл организмдер әлемінің бір-бірімен филотектік байланыстары тұрғысынан ретке келтірілген тізбегі.

Биологиялық жүйелер - бұл әртүрлі күрделіліктің объектілері, құрылымдық-функционалдық ұйымдастырудың бірнеше деңгейлері бар, өзара байланысты және өзара әрекеттесетін элементтер жиынтығын білдіреді.

Биосистема-тірі компоненттердің өзара әрекеттесуіне байланысты тіршілік формасы. Биожүйе ретінде өсімдік ағзасы-өзара әрекеттесетін органдардың, тіндердің және жасушалардың жиынтығы

Жүйелердің қасиеттері:

тұтастық (жалпы мақсаттың құрамдас бөліктерінің бағыныштылығы) ;

өзара байланыс (бір компоненттің өзгеруі басқалардың өзгеруіне әкеледі) ;

иерархия (жүйе басқа үлкен жүйенің бөлігі бола алады) .

Тірі және тірі емес жүйелер

Тірі және тірі емес жүйелер тек материалдық жүйелердің әртүрлі күйлері екенін және өмірді құбылыс ретінде "кең" анықтауға назар аудара отырып (өмір - бұл материалдық жүйелердегі ақпараттың кеңейтілген көбеюі), біз Биосфера болып табылатын тірі жүйелердің маңызды сипаттамаларын бөліп аламыз.

1. Тірі жүйелерде уақыт антиэнтропиялық бағытқа ие, ал тірі емес жүйелерде уақыт ағымының бағыты энтропияның өсу бағытымен сәйкес келеді.

2. Тірі жүйелер тірі емес жүйелерден айырмашылығы- ақпараттың тұрақты өсуімен сипатталады. (Құрылымдық - күрделілік өлшемі, жылу - жұмыс қабілеттілігінің өлшемі, нақты ақпарат - тәртіптің өлшемі, ұйымшылдық, қатынастардың сенімділігі, қатынастар және өзара әрекеттесулер. )

3. Тірі жүйелердегі элементтердің әр түрі қалғандардың қосындысына құрылымдық және функционалды түрде толықтырылады. Тірі емес жүйелерде элементтер функционалдылыққа ие емес. Элементтің құрылымы мен қызметі өзара тәуелді.

4. Тірі жүйелер тұтас: олар құрылымның салыстырмалы толықтығымен (тұтастай алғанда бөліктердің сандық корреляциясы) және тиісті функционалды сенімділікпен (тұтастай алғанда бөліктердің сапалық корреляциясы) сипатталады.

5. Тірі жүйелер өзгермелі: әр орташа уақыт бірлігі үшін энергияны тұтыну энергия шығарудан басым болады. Кейінге қалдырылған босату энергиясын, сопровождающееся ұлғаюымен ұзақтығын, оны ұстап қалу, шаруашылығынан тұрақты ұстап тұру неравновесного жай-күйі. Тірі емес жүйелер тұрақты тепе-теңдік күйімен сипатталады. Тірі жүйелердің ішкі ұйымдастырылуы дискілер, таратқыштар және энергия трансформаторлары желісі түрінде ұсынылуы мүмкін.

Берталанфидің пікірінше, организм жүйе ретінде келесі сипаттамаларға ие:

Тұтастық, яғни жүйенің қасиеттері элементтер қасиеттерінің қосындысына азайтылмайтын ұйымдастырудың жоғары деңгейі.

Ашықтық, яғни жүйе мен сыртқы орта арасындағы материяның, энергияның, ақпараттың қарқынды алмасуы.

Динамизм, яғни жалпы тепе-теңдік пен тұрақты құрылымды сақтай отырып, жүйе элементтерін үнемі жаңартып отыру.

Белсенділік, яғни сыртқы ортаның айтарлықтай өзгеруі.

Эквифиналдылық, яғни әртүрлі бастапқы күйлерден әртүрлі жолдармен бірдей нәтижеге жету мүмкіндігі.

Күйдің негізгі термодинамикалық параметрлері туралы ұғым

Дененің физикалық күйі, осы күйді сипаттайтын кейбір шамалармен анықталады, олар - күй параметрлері. Бірқатар шамалар күй параметрлері бола алады: меншікті көлем, абсолюттік қысым, абсолюттік температура, ішкі энергия, энтальпия, энтропия, концентрация, изохора-изотермиялық потенциал жəне т. б.

• Күш өрісі болмаған кезде (гравитациялық, электрмагниттік жəне т. б. ) біртекті дененің күйі тек үш параметрмен ғана анықталады. Олар техникалық термодинамикада:

- меншікті көлем,

- абсолюттік температура,

- қысым.

• Бұл үш параметр, негізгілер деп аталады, олар тəуелсіз шамалар емес жəне өзара белгілі бір математикалық тəуелділіктермен байланысады.

Біртекті заттың меншікті көлемі - көлемнің массаға қатынасымен анықталатын шама, өлшем бірлігі - м3 /кг :

v = V/m, (1)

мұндағы V - зат мөлшерінің көлемі, м3

m - осы заттың массасы, кг.

Заттың тығыздығы - массаның көлемге қатынасымен өлшенетін шама, кг/м3

ρ=m/V. (2)

Қысым - Молекулярлық-кинетикалық теория тұрғысынан

қарағанда, қысым үздіксіз хаосты қозғалыста болатын газ

молекуласының ыдыс қабырғасына соқтығысуының орташа нəтижесі жəне күштің қабырғаға перпендикуляр

құраушысының бет ауданына қатынасымен анықталады, яғни

p= Fn/A

мұндағы p - қысым;

Fn- нормальді құраушы күш;

A - əсер етуші күшке перпендикуляр беттің ауданы

Қысым н/м2 немесе Па өлшенеді.

Күйдің термодинамикалық параметрі тек абсолюттік қысым болады, яғни қысымның абсолюттік нөлінен немесе абсолюттік вакуумнан есептелетін қысым.

Абсолюттік қысымды анықтау екі жағдайда жүреді:

1) Ыдыстағы қысым атмосфералықтан жоғары жəне

2) Ол атмосфералықтан төмен.

Температура дененің қызу дəрежесін сипаттайды, молекулалар қозғалысының орташа қарқындылығын көрсетеді. Қаншалықты молекула қозғалысының жылдамдығы жоғары болса, дененің температурасы да жоғары болады. Молекуланың үдемелі қозғалысының орташа кинетикалық энергиясы mw2/2 мен абсолюттік температура арасында тікелей байланыс бар:

mw2/2 = 3/2кТ, (6)

мұндағы m - молекула массасы;

w - молекуланың үдемелі қозғалысының

орташа квадраттық жылдамдығы;

T - абсолюттік температура;

k -Больцман тұрақтысы, ол 1, 38·1023 Дж/К тең.

Термодинамикалық процесс

Егер термодинамикалық жүйенің сыртқы жағдайы өзгерсе, онда жүйенің күйі де өзгереді. Термодинамикалық жүйенің бір тепе-теңдік күйден екінші тепе-теңдік күйге өтуі кезіндегі күй өзгерісінің жиынтығы термодинамикалық процесс деп аталады. Егер процесс тепе-теңдікті күйде өтсе, онда ол тепе-теңдікті процесс.

Дененің тепе-теңдікті күйі - оның көлемінің барлық нүктелеріндеқысымның, температураның, меншікті көлемнің жəне басқа физикалық қасиеттердің бірдей болуы.

• Жүйе күйінің өзгеру процесі тепе-теңдікті жəне тепе-теңдіксіз бола алады.

• Егер процесс тепе-теңдікті күй арқылы өтсе, онда ол тепе-теңдікті.

• Нақты процестердің тепе-теңсіздігі, олардың сыртқы жағдайлар əсерінен түпкілікті жылдамдықпен өтуімен жəне жұмысшы денеде тепе-теңдікті күйдің орнығып үлгермеуімен анықталады.

Ұқсас жұмыстар

Термодинамикалық жүйе типтері

Статистикалық термодинамика

Нақты жүйелердегі тепе - теңдік

ДИСПЕРСТІ ФАЗА ДИСПЕРСТІК ОРТА

Термодинамика анықтамалары және сыныптамасы

Термодинамикалық жүйе, процесс және тепе - теңдік

Термодинамиканың бастамалары

ТЕРМОДИНАМИКА ЗАҢДАРЫ

ДИСПЕРСТІ ЖҮЙЕЛЕРДЕГІ КЕҢІСТІКТІК ҚҰРЫЛЫМДАР

Термодинамика - тәжірибелерден жинақталған нәтижелерге сүйенетін феноменологиялық ғылым

Пәндер