КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Диссипативная функция
Изменение энтропии системы можно выразить через обобщенные силы и обобщенные координаты, характеризующие эту систему:
Отсюда можно найти скорость изменения энтропии (ds/dt). Эту величину называют диссипативной функцией:
Например, при действии силы трения диссипативная функция выражается так: Если в системе идет химическая реакция, то обобщенной силой является химический потенциал (μx), а обобщенной координатой— число молей вещества, вступающих в реакцию (v). Диссипативная функция имеет вид: где dν/dt скорость реакции. Если в системе происходит несколько процессов, то ее диссипативная функция определяется по формуле:
Диссипативную функцию, рассчитанную на единицу объема (V), называют удельной продукцией энтропии:
Ее можно считать количественной мерой необратимости процесса: чем больше q3, тем процесс дальше от обратимого. Важным примером диссипации энергии является демпфирование. Этим термином обозначают уменьшение величины действующей силы (и, соответственно, ускорения) за счет перехода механической энергии в тепловую. В организме человека и животных демпфирующими свойствами обладают скелетные мышцы, связочный аппарат, система кровообращения и др. Демпфирование играет важную роль в ослаблении нагрузок, действующих на организм. Это активный процесс, регулируемый центральной нервной системой. Выработка навыков демпфирования необходима летчикам, космонавтам, парашютистам, горнолыжникам — всем, кому приходится испытывать перегрузки. Следовательно, диссипация энергии не всегда должна рассматриваться как отрицательное явление. Примером использования диссипации энергии в лечебных целях служит высокочастотная электротерапия (например, УВЧ терапия), когда электромагнитная энергия в тканях организма диссипирует в тепло.
Диссипация энергии происходит во всех самопроизвольных процессах, идущих в изолированных системах. Так, при расширении газа его энтропия возрастает, поскольку с увеличением объема увеличивается число вариантов распределения молекул (растет термодинамическая вероятность). Возрастание энтропии свидетельствует об уменьшении свободной энергии. Более сложным примером является смешение двух разных веществ. При образовании смеси работа не совершается, и может показаться, будто свободная энергия не изменяется. Однако в смеси веществ число вариантов распределения молекул больше, чем в сумме объемов, занимаемых ими до смешения. Следовательно, для смеси характерны более высокие величины термодинамической вероятности и энтропии. Поэтому вещества довольно легко смешиваются, тогда как обратный процесс (самопроизвольное разделение смеси на компоненты) практически невероятен. Однако за счет подведения энергии извне можно добиться разделения смеси на составляющие ее вещества. Свободная энергия такой системы повышается. В природе происходит немало процессов, вследствие которых свободная энергия той или иной системы возрастает, но они протекают только при наличии другой системы, «питающей» первую свободной энергией. Естественно, что при сопряжении процессов в двух системах свободная энергия одной из них обязательно понижается, причем общее изменение свободной энергии в полной системе, состоящей из нескольких взаимодействующих частей, всегда отрицательно, то есть ее энергия непременно претерпевает диссипацию. Важную роль в процессах жизнедеятельности играет сопряжение электронных переходов в биологически важных молекулах с изменением их конформации (электронно-конформацион-ное взаимодействие — ЭКВ). Во многих процессах молекулы биополимеров (в первую очередь белков) так меняют свою третичную структуру, что их свободная энергия заметно возрастает. Этот запас свободной энергии может затем использоваться для совершения работы. Грубо говоря, молекула «работает» наподобие пружины: сжимается и разжимается. Подобное явление лежит в основе мышечного сокращения; так действуют многие ферменты. ЭКВ может происходить потому, что оно сопряжено с перестройкой электронной оболочки молекулы, то есть с переходом электронов на другие энергетические уровни, что приводит к освобождению заключенной в них энергии. Часть последней обеспечивает возрастание свободной энергии молекулы, испытавшей конформационную перестройку, а часть — диссипирует. Общее же изменение свободной энергии оказывается отрицательным в соответствии со вторым началом термодинамики, Сопряжение термодинамических процессов широко распространено в биологических системах.
Дата добавления: 2014-01-15; Просмотров: 507; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |