Виды преобразования энергии в биосистемах

Преобразование	Биосистемы и подсистемы
Химическая энергия в механическую	Мышечные ткани
Химическая энергия в электрическую	Во всех клетках
Химическая энергия в световую	Светящиеся ткани у рыб и насекомых
Световая энергия в химическую	Фоторецепторы сетчатки глаза, клетки кожи, бактерии, листья растений (фотосинтез)
Механическая энергия акустических волн в электрическую	В органе Корти во внутреннем ухе
Все виды энергии в тепловую	Во всех клетках и тканях

Закон Гесса постулирует, что тепловой эффект химической реакции, развивающейся через ряд последовательных стадий, зависит лишь от разности энергий исходного и конечного состояний химической системы.Закон Гесса широко используют для определения теплосодержания (калорийности) продуктов питания. В соответствии с законом Гесса точно такое же количество теплоты получается при окислении этих продуктов внутри организма.

Явление теплопроводности описывается законом Фурье:

, (5.11)

где - тепловой поток; - коэффициент теплопроводности; - градиент температуры; - площадь сечения, через которую проходит тепловой поток.

Передача теплоты в жидкостях и газах называется явлением конвекции. В отличие от теплопроводности конвекция связана с перемещением массы вещества и описывается следующим выражением:

, (5.12)

где - интенсивность теплового потока при конвекции; - температура поверхности; - температура среды; - коэффициент теплопередачи при конвекции.

Интенсивность теплового излучения биологической системы определяется законом Стефана - Больцмана с поправочным коэффициентом, который учитывает отличие излучения абсолютно чёрного тела от излучения рассматриваемой биосистемы:

, (5.13)

где - интенсивность теплового излучения биообъекта; - поправочный коэффициент; - постоянная Стефана-Больцмана. Для кожи белого человека = 0,55 - 0,7, для кожи африканца = 0,81 - 0,84.

Задания для работы на семинарах

1. Какое количество тепла отдает в окружающую среду императорский пингвин с 1 см² поверхности тела в течение суток, если температура воздуха –50 ºС, а температура тела 35 ºС. Слой жира имеет толщину 5 см, коэффициент теплопроводности жировой клетчатки 0,17 Вт/мК. Какое количество тепла выделится с 5, 10, 15, 20 см² поверхности тела. Проанализируйте зависимость излучения количества тепла от площади поверхности тела пингвина.

2. Как изменится интенсивность излучения с поверхности кожи белого человека при изменении температуры окружающего воздуха от 30 ºС до –20 ºС. Температура тела нормальная, s = 5,7∙10^–8 Вт/м²/К⁴, ε = 0,65. Полученные данные представьте в виде графика зависимости интенсивности излучения от температуры (используйте не менее 5 значений).

3. Определите градиент температуры при прохождении теплоты 48 кДж через площадь 1 м² поверхности песка за время 1 ч. Коэффициент теплопроводности песка 0,67 Дж/(м∙с∙К).

4. Диета человека массой 70 кг содержит 400 г белков (20,1 МДж/кг), 22 г жиров (39,8 МДж/кг) и 80 г углеводов (16,7 МДж/кг). Каждый день он поднимается на высоту 3 км и совершает перед этим работу, включая работу метаболизма, в 4 раза превышающую механическую работу поднятия своего тела на высоту 3 км. Чему равно изменение внутренней энергии при таком ежедневном процессе?

5. Определите изменение энтропии в процессе таяния 1 моль льда при 0 ºС и последующем нагревании образующейся воды до 100 ºС.

6. При какой температуре находилось 2 моль воды в сосуде, если при её нагревании до 100 ºС произошло увеличение энтропии на 23,5 Дж/К.

Дата добавления: 2014-12-29