Определения основных термодинамических величин

ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ И ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ

Жизненные процессы при всем своем многообразии имеют и общие черты. Любой из них требует затрат энергии. Поэто­му важным направлением биофизических исследований явля­ется изучение преобразований энергии в биологических си­стемах. Процессы энергообеспечения организма за счет внеш­них энергетических ресурсов составляют предмет исследова­ния биоэнергетики. В разработке биоэнергетических проблем можно выделить два подхода. Во-первых, исследуются меха­низмы энергетических процессов, протекающих ворганизме на молекулярном и субмолекулярном уровнях. Их изучение — одна из важнейших задач молекулярной и квантовой биофи­зики. С другой стороны, некоторые особенности биологических процессов изучаются на основе общих законов превращения энергии без детального изучения их молекулярных механиз­мов (говорят — на макроскопическом уровне). Это составляет содержание исследований в области биологической термоди­намики.

В термодинамике объектом исследования служит система, под которой понимают совокупность материальных объектов (тел), ограниченную в той или иной степени от окружающей среды. Различают изолированные системы, не обменивающие­ся энергией и веществом с этой средой, и открытые системы, в которых такой обмен происходит. Живые организмы отно­сятся к открытым системам.

Состояние любой системы характеризуется некоторыми па­раметрами. Одни из них не зависят от массы или числа частиц в системе (иначе говоря, от размеров системы), другие про­порциональны этим аргументам. Первые получили название

интенсивных термодинамических параметров. К ним относятся давление, температура и т. п. Параметры второй группы назы­ваются экстенсивными. Это объем, энергия, энтропия и др.

Энергию системы (W) можно представить состоящей из двух частей: W_к+п, которая зависит от движения и положения системы как целого, и U, не зависящей от этих факторов:

W= W_к+п + U. (1)

Вторую составляющую (U) называют внутренней энергией системы. Она включает энергию теплового движения частиц, химическую энергию, ядерную энергию. В системах, химичес­кий состав которых в ходе энергетических преобразований ос­тается неизменным, при вычислении внутренней энергии мож­но учитывать только энергию теплового движения и взаимодей­ствия частиц. Такой системой является идеальный газ.

Из полной энергии системы (W) выделяют так называемую энтальпию: H=U+pV. При постоянном давлении изменение энтальпии равно количеству тепла, полученного системой: dH=dQ. Поэтому энтальпию иногда называют теплосодержа­нием.

Дата добавления: 2014-01-15