Общие понятия термодинамики

ВВЕДЕНИЕ

Жизнь во всех своих проявлениях есть существование необычных белковых тел, которые разительно отличаются от большей массы веществ на Земле. Одним из главных отличий от живого от неживого мертвого вещества является стабильность термодинамических взаимодействий. Еще первые ученые термодинамики заметили, что применение основных начал термодинамики к живым телам приводит к парадоксам. Карно доказывал, что машина не может бесконечно излучать теплоту, и был абсолютно прав, если опять же не учитывать живые существа. По его логике, живое существа—некий аналог вечного двигателя, способный постоянно излучать тепло. Но на производство этой теплоты живое тратит куда больше энергии, но все эти процессы скрыты от глаза, они происходят внутри живых систем. Данный парадокс привел некоторых ученых к мысли, что начала термодинамики не действуют полноценно на живые существа, что подтолкнуло на мысль о выделение неравновесных нелинейных термодинамических систем, которые относительно постоянны и постоянно стремятся против свободной энтропии.

Животные и растения представляют собой совокупность бесчисленного количества химических реакций. Каждая такая реакция имеет свою поглощающую или выделяющую энергию. Если разбирать только одну реакцию, то все законы термодинамики действуют одинаково и на живое, и неживое. Но именно совокупность реакций в клетке производят жизнь, которая уже не имеет такого однозначного характера. Задача всех этих реакций сводиться к одному—обеспечение стабильности системы как независимой живой единицы.

Для выяснение этих проблем мною была поставлена цель: выяснить особенности применения законов термодинамики к живым существам, а также выяснить причину этих особенностей.

Термодинамика — наука о наиболее общих свойствах макроскопических материальных систем, находящихся в различных состояниях относительно термодинамического равновесия, и о процессах переходов между этими состояниями. Учение о переходных процессах связано с именем Карно, который в 1824 г. в книге "Размышления о движущей силе огня" по существу сформулировал первое и второе начала термодинамики. В своих рассуждениях Карно опирался на гипотезу о существовании некоего «теплорода», но сумел прийти к верным выводам. Карно впервые вводит понятие системы, хотя такого понятия как «энергия» не существовало вплоть до начала ХХ века.

Система—это совокупность материальных объектов (тел), ограниченных каким-либо образом от окружающей среды. В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой термодинамические системы делятся на три типа:

1) изолированная система, которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией;

2)замкнутая система, которая может обмениваться с окружающей средой лишь энергией и не может обмениваться веществом;

3) открытая система, которая обменивается с окружающей средой и энергией, и веществом.

Живые организмы являются открытыми системами.

Состояние любой термодинамической системы характеризуется двумя группами параметров:

Интенсивными термодинамическими параметрами (давление, температура и др.), не зависящими от массы или числа частиц в системе;

Экстенсивными термодинамическими параметрами (общая энергия, энтропия, внутренняя энергия), зависящими от массы или числа частиц в системе.

Изменение параметров термодинамической системы называется термодинамическим процессом.

Энергиюсистемы (W) можно представить как совокупность двух частей: зависящую от движения и положения системы как целого (W _ц) и не зависящую от этих факторов (U).

W = W ц+ U

(1.1)

Вторую составляющую этой совокупности U называют внутренней энергией системы. Она включает энергию теплового движения частиц, а также химическую и ядерную энергию, определяющую поступательное, колебательное и вращательное движение молекул, внутримолекулярное взаимодействие и колебание атомов, энергию вращения электронов.

Внутренняя энергия в свою очередь разделяется на свободную энергию и связанную энергию.

Свободная энергия (G) – та часть внутренней энергии, которая может быть использована для совершения работы.

Связанная энергия (W _св) – та часть энергии, которую нельзя превратить в работу.

U = G + W св

(1.2)

Взаимодействия, происходящие в данных системах между параметрами, регулируют три основных закона термодинамики, которые названии началами термодинамики. Подробнее остановимся на этих законах.

Дата добавления: 2015-05-10