Термодинамика – биофизикалық ілім


Молекулалық физиканың басты тарауының бірі. термодинамика.
Термодинамика ХIХ ғасырдың бірінші жартысында енді ғана дами бастаған жылу техникасының теориялық негізі ретінде пайда болды. Оның бастапқы мақсатының бірі жылу двигательдерінде жылудың механикалық жұмысқа айналуын зерттеу болды. Кейінірек термодинамиканың зерреу пәнінің ауқымы кеңіді де, материя қозғалысының жылулық формасының бір түрден екінші түрге айналуын, жылудың бір денеден екіншіге берілуін, осы кездегі физикалық процесті тексерді.
Термодинамика негізінен денелердің термодинамикалық тепе.теңдік күйін қарастырады.
Уақыт өзгергенмен термодинамикалық жүйенің күйі, яғни оны сипаттайтын параметрлер тұрақты болса, оны термодинамикалық тепе.теңдік деп атайды.
Бұған мысал ретінде су буланғанда одан ұшып шығатын молекулалар мен будың, конденсацияланған кезде суға қайтып келетін молекулаларының санының тең болуын айтуға болады. Бұл термодинамикалық тепе.теңдікті динамикалық теңдік деп атайды.
Термодинамикалық жүйе деп бір.бірімен механикалық және жылулық прцесс түрінде әсерлесіп зат алмасатын материалдық нүктелер (сол сияқты өрістер) жиынтығын айтады. Заттар әртүрлі агрегаттық күйіне қарай оларды газ, сұйық, қатты және плазмалы фаза деп бөледі. Заттың бір фазасынан тұратын жүйені гомогенді деп атайды. Бір.бірінен бөлуші жазықтықтар арқылы ажыратылған әртүрлі гомогендік бөлшектерден тұратын жүйені гетерогенді деп атайды. Жүйенің термодинамикалық тепе.теңдік күйге өздігінен өту процесін релаксация деп атайды да, оған кеткен уақытты релаксация уақыты деп атайды.
Термодинамика үш заңға сүйенеді (мұны үш бастама деп те айтады). Біріншісі термодинамикалық құбылыстарға энергияның сақталу заңының қолданылуын түсіндірсе, екіншісі термодинамикалық процесстердің өту бағытын сипаттайд, ал үшінші бастамасы температура абсолют ноль болғанда кез.келген фазасының энтропиясы нольге айналатындығын дәлеледейді.

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Көлемі: 8 бет
Бұл жұмыстың бағасы: 200 теңге




Жәңгір хан атындағы Батыс Қазақстан аграрлық - техникалық университеті

Физика және математика кафедрасы

Реферат

Тақырыбы:
Термодинамика – биофизикалық ілім

Тексерген: Бисенгалиева А.М.
Орындағандар: Ибраева М.М, Илияс Г.Т.
ВМ-13

2012 жыл

Термодинамика – биофизикалық ілім.

Молекулалық физиканың басты тарауының бірі- термодинамика.
Термодинамика ХIХ ғасырдың бірінші жартысында енді ғана дами бастаған жылу
техникасының теориялық негізі ретінде пайда болды. Оның бастапқы мақсатының
бірі жылу двигательдерінде жылудың механикалық жұмысқа айналуын зерттеу
болды. Кейінірек термодинамиканың зерреу пәнінің ауқымы кеңіді де, материя
қозғалысының жылулық формасының бір түрден екінші түрге айналуын, жылудың
бір денеден екіншіге берілуін, осы кездегі физикалық процесті тексерді.
Термодинамика негізінен денелердің термодинамикалық тепе-теңдік күйін
қарастырады.
Уақыт өзгергенмен термодинамикалық жүйенің күйі, яғни оны сипаттайтын
параметрлер тұрақты болса, оны термодинамикалық тепе-теңдік деп атайды.
Бұған мысал ретінде су буланғанда одан ұшып шығатын молекулалар мен будың,
конденсацияланған кезде суға қайтып келетін молекулаларының санының тең
болуын айтуға болады. Бұл термодинамикалық тепе-теңдікті динамикалық теңдік
деп атайды.
Термодинамикалық жүйе деп бір-бірімен механикалық және жылулық прцесс
түрінде әсерлесіп зат алмасатын материалдық нүктелер (сол сияқты өрістер)
жиынтығын айтады. Заттар әртүрлі агрегаттық күйіне қарай оларды газ, сұйық,
қатты және плазмалы фаза деп бөледі. Заттың бір фазасынан тұратын жүйені
гомогенді деп атайды. Бір-бірінен бөлуші жазықтықтар арқылы ажыратылған
әртүрлі гомогендік бөлшектерден тұратын жүйені гетерогенді деп атайды.
Жүйенің термодинамикалық тепе-теңдік күйге өздігінен өту процесін
релаксация деп атайды да, оған кеткен уақытты релаксация уақыты деп атайды.
Термодинамика үш заңға сүйенеді (мұны үш бастама деп те айтады).
Біріншісі термодинамикалық құбылыстарға энергияның сақталу заңының
қолданылуын түсіндірсе, екіншісі термодинамикалық процесстердің өту бағытын
сипаттайд, ал үшінші бастамасы температура абсолют ноль болғанда кез-келген
фазасының энтропиясы нольге айналатындығын дәлеледейді.

Термодинамика негіздері

Адиабаталық процесс - жүйе мен оны қоршаған сыртқы ортаның арасында
ешқандай жылу энергиясының алмасуы болмайтын процесс.
Балқудың меншiктi жылуы - 1кг затты сол температурадағы сұйыққа
айналдыруға қажет болатын жылу мөлшерi.
Буға айналудың меншiктi жылуы - 1кг сұйықты тұрақты температурада буға
айналдыру үшiн қажет болатын жылу мөлшерi.
Жылу алмасу (жылу тасымалдау) - жұмыс жасалынбай-ақ, бiр денеден
екiншi денеге энергияның тасымалдану процесi.
Жылу двигателi - iс-әрекетi жұмыс атқарушы дененiң механикалық
энергиясын iшкi энергияға түрлендiруге негiзделген двигательдер.
Жылу мөлшерi - жылу алмасу кезiндегi iшкi энергияның өзгеруiнiң
мөлшерлiк шамасы.
Изобаралық процесс - берiлген газдың қысымы тұрақты болғанда жүретiн
процесс.
Изотермалық процесс - берiлген газдың температурасы тұрақты болғанда
жүретiн процесс.
Изохоралық процесс - берiлген газдың көлемi тұрақты болғанда жүретiн
процесс.
Қайтымсыз процесс - өз бетiнше тек бiр бағытта ғана өтетiн процесс.
Меншiктi жылу сыйымдылығы - массасы 1кг дененiң температурасы 1oК-ге
өзгергенде алған немесе берген жылу мөлшерi.
Термодинамика - энергияның түрленуiне қатысты жалпы заңдарға
негiзделген жылулық процесстер туралы ғылым.
Iшкi энергия - макроденелердiң механикалық энергиямен қатар өздерiнiң
iштерiнде орналасқан энергиясы.
Термодинамиканың бірінші заңы, термохимияның негізін құрайтын, оның
маңызды салдары — Гесс заңы. Термохимия әр түрлі заттардың жылу
сыйымдылығын, жану жылуын, реакцияның жылу эффектісін, түзілу жылуын, еру
жылуын, т.б. зерттейді. Олардың температураға тәуелділігін Кирхгоф теңдеуі
анықтайды.
A мәндерінің азаю бағытына сай болады. Химиялық термодинамикада кез
келген фазалық өзгерулер (еру, булану, балқу, т.б.) заттың бір фазадан
екінші фазаға өтуі белгілі заттың химиялық потенциалдары теңесетін бағытқа
сай келеді, яғни потенциалы үлкен фазадан потенциалы кіші фазаға ауысып,
олар өзара теңескенде тепе-теңдік туады. Фазалар ережесі жұйедегі барлық
тәуелсіз құраушылардың саны фазалардың санымен варианттылық арасындағы
қатынасты сипаттайды.(G және (S арқылы анықтайды. Екі жағдайда да процестің
өз бетінше жүруі (U–T(A=(S, егер процесс тұрақты температурада және тұрақты
көлемде жүрсе, тепе-теңдікті изохора-изотермяиылқ потенциалдың (Гельмгольц
энергиясы) А өзгеруі: (H–T(G=(Термодинамиканың екінші заңы тепе-
теңдіктерді, оның ішінде химиялық тепе-теңдік жөніндегі ілімнің негізін
қалады. Оны химиялық реакцияларды зерттеуге қолдану алғаш Я.Х. Вант-Гофф,
А.Л. Ле Шателье, т.б. еңбектерінде айтылған.
Екінші заң Химиялық термодинамикада белгілі жағдайда қарастырылып
отырған жүйедегі әрекеттесудің өз бетінше жүре алатын бағытын, әрі осы тепе-
теңдік күйге сыртқы жағдайдың (температура, қысым, т.б.) қалай әсер
ететінін анықтайды. Практикалық тұрғыдан алғанда, аса маңызды тепе-
теңдіктің өз бетінше ығысуын тиісті бағытта, тиімді жүргізу үшін сыртқы
жағдайды қалай өзгерту жолын көрсетеді. Осы айтылғандардың бәріне
термодинамикалық функциялар — энтальпия Н мен энтропия S пайдаланылады.
Егер процесс тұрақты температура Т және тұрақты қысымда V жүрсе, тепе-
теңдікті изобара-изотермиялық потенциалдың (Гиббс энергиясы) G өзгеруі
—стандарт(=–RT1nK, мұнда G(G(A мәндерін тауып, олардың тепе-теңдік
константасы мен қатынасын өрнектейтін формулалармен K мәнін табуға болады:
(G және (Химиялық тепе-теңдіктерді есептеуде термодинамиканың үшінші
заңының маңызы зор. Ол абсолют нөлге жуық температураларда жүргізілген
тәжірибе нәтижесінде қажетті функциялар — энтропия мен энтальпияның шамасын
табуды қалыптастырды. Осыдан ты Гиббс энергиясы, R — газ тұрақтысы, K —
тепе-теңдік константасы. 20 ғасырдың ортасында тепе-тең емес процестер мен
жоғары температурадағы химиялық реакциялар термодинамикасын зерттеу ісі
дами бастады. Бүгінде химиялық термодинамиканың екі бағыты — термохимия мен
химиялық реакциялардың термодинамикасы кеңінен дамып қолданылады. Мысалы,
аммиак синтезі, метанол өндірісі, т.б. маңызды өндірістік процестерде
химиялық термодинамиканың есептеулері пайдаланылады.

Егер де дене Q - жылу мөлшерін қабылдаса, онда оның ішкі энергиясы осы
мәнге өседі U = Q немесе басқа сөзбен айтқанда дене Q мөлшерде жылу
қабылдаса белгілі бір жұмыс А орындай алады. Мыс, газдың көлемі ұлғайып,
поршенді көтеруі мүмкін. Жылу қабылдаған дене жұмыс жасаса ішкі энергияның
өсуі азырақ болады. Дененің ішкі энергиясының өзгеруі дене қабылдаған
энергиямен жасалған жұмыстың айырмасына тең болады:
U = Q – A (1)
Немесе басқаша айтқанда жүйенің сыртқы ортадан алған жылуы
оның ішкі энергиясын өсіруге және сыртқы күштерге қарсы жұмыс жасалуына
жұмсалады.
Q = U + A (2)
Жұмыс сыртқы қысым күштеріне қарсы жұмыс және максималды
пайдалы жұмыстан құралады.
A = *Amax + PdV
(3)
Мұндағы *Amax –максималды пайдалы жұмыс, PdV - сыртқы қысым күш
қарсы жұмыс.
1) теңдеу термодинамиканың І-заңы деп аталады. Мұнда ешқандай
жаңа физикалық идея жоқ.. Бұл тек энергияның санталу заңының
жаңаша, ішкі энергияны ескере отырып, айтылатын түрі.Бұл заң-
адамзаттың көп ғасырлық тәжірибесінің жалпы қорытындысы.
Биологиялық объектілерді термолинамиканың І-заңының орындалуын
тексеруде ғалымдар ерте кезден-ақ талпына бастады.1780жылы Лавуазье мен
Лапласс деген ғалымдар теңіз шошқасына тәжірибе жасап, мұз калориметрде
қанша жылу бөлінетінін және қанша көлем СО2 бөлінетінін есептеп, теңіз
шошқасына берілген қоректік заттарды жаққанда дәл сондай мөлшерде жылу
бөлінетінін және сондай көлемде СО2 бөлінетінін эксперимент жүзінде
дәлелдеді.
Осындай тәірибелер нәтижесінде жылу кезінде де организмде тотыққан
кезде де, 1л оттегі жұмсалғанда 1л СО2 бөлініп, 21,2 кДж жылу бөлінетіні
белгілі болды. Екі жағдайда да реакцияның жылу эффектілерінің бірдей болуы
метоболизм процесінде жүретін химиялық реакцияларда да, клеткалардан тыс
химиялық реакцияларда да қорытынды жылу эффектілері эквивалентті болады.
Басқаша айтқанда метаболизм процестерінде де физикалық химиядағы белгілі
Гесс заңы орындалады. Ол заң былай айтылады. “Химиялық реакцияның жылу
энтальпиясы реакцияға қатысқан заттар мен реакция нәтижесінде түзілген
заттардың күйіне ғана байланысты. Ол реакцияның қандай жолмен жүруіне
байланысты емес. ”
Гесс заңы күрделі биохимияның реакция циклдерінің жылу эффектісін
есептеуге мүмкіндік береді. Ол үшін циклдің бастапқы және соңғы өнімдері
белгілі болса болғаны.Адам органзміне 1 тәулік ішінде қоректік заттармен
түсетін энергия мөлшері осы уақыт ішінде бөлінетін жылуға тең екендігін
нақты тәжірибелер көрсетті. Осындай эксперименттер биологиялық объектілерде
де термодинамиканың І-заңының орындалатындығына нақты дәлелдер болып
табылады. Биологиялық ғылымдарда жылу мөлшерін Дж мен емес Калориямен
көрсетіледі. Орташа адамның тіршілік әрекеті үшін қабылдауға қажет
тәуліктік тағам мөлшері 3000 ккал кем болмауы керек. Бірақ бұл тағамдардың
энергиясының жұмсалуы адамның белсерділігіне байланысты болады.
1сағатта . жұмсалатын ккал мөлшері

Организмнің күйі ккалсағ
1.Ұйқы, демалыс 70
2.Төмен белсенділік (серуендеу) үй 250
шаруашылығын орындау.
3.Орташа белсенділік (велосипедпен баяу450
қозғалу, баяу жүзу)
4.Жоғары белсенділік (ағаш жару) 600
5.Шекті жүктеме (1 мин. шыдай алатын 700
шекті жүктеме)
6.Шекті жүктеме (10 сек. шыдай алатын 1200
шекті жүктеме)

Алмасу реакциясында түзілген энергияның тек шамалы мөлшері ғана
пайдалы жұмыс қа айнала алады.Ең жоғары ПӘК мысалы, велосипед айдағанда 20
% жетуі мүмкін, бірақ тәулік бойы орташа ПӘК бірнеше % ғана құрайды.
Организмге түскен тағамның барлығы дерлік жылуға айналады.Алмасу
реакциясында түзілетін энергия көмірсу ,белок, майлардың тотығуы кезінде
бөлініп шығады. Денені энергиямен қамтамасыз ететін химиялық реакция :
С6Н12 О6 → 6СО2 + 6Н2О ға дейін ыдырау реакциясы.
Толық ыдырау процесін биохимия курсында қарастырдық.Суммарлық реакция
С6Н12 О6 +6О2 → 6СО2 + 6Н2О +685 ккал
1г С6Н12 О6 тотыққанда 3,7ккал энергия бөлінеді, майлар одан
жоғары 9,1 ккал энергия бөлінеді. Орта есеппен кез келген қосылыс
тотыққанда әр литр жұмсалған оттегіге 5ккал энергия бөлінеді. Оттегі
организмге өкпе арқылы енеді. Сондықтан оттегіні тұтыну жылдамдығы
метоболизм жылдамдығымен анықталады. Ұйқы және демалыс кезінде тыныс ... жалғасы
Ұқсас жұмыстар
Термодинамика
Термодинамика заңы
Термодинамика жайлы
Термодинамика негіздері
Химиялық термодинамика негіздері
Қазіргі таңдағы биофизикалық зерттеулердің жетістіктері
Қазақстандағы биофизикалық зерттеулердің тарихы және қазіргі жағдайы
Эволюциялық ілім
Статистикалық физика, термодинамика және физикалық кинетика негіздері
Мәдениеттану- философиялық ілім
Пәндер

Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор №1 болып табылады.

Байланыс

Qazaqstan
Phone: 777 614 50 20
WhatsApp: 777 614 50 20
Email: info@stud.kz
Көмек / Помощь
Арайлым
Біз міндетті түрде жауап береміз!
Мы обязательно ответим!
Жіберу / Отправить

Рахмет!
Хабарлама жіберілді. / Сообщение отправлено.

Email: info@stud.kz

Phone: 777 614 50 20
Жабу / Закрыть

Көмек / Помощь