Термодинамика биологических систем

ПРЕДМЕТ И ТЕРМИНОЛОГИЯ

Термодинамика — это наука о законах превращения энергии из одного вида в другой. Существование живо­го организма и все процессы Жизнедеятельности в нем неразрывно связаны с превращением энергии, с измене­нием энергетического баланса в системе организм — окружающая среда. Термодинамика не дает ответа на вопрос, какова природа или механизм того или иного явления. Она исследует исключительно энергетическую сторону процессов и способна ответить на вопрос, воз­можно ли протекание данного процесса с точки зрения энергетики.

Термодинамика базируется на первом и втором на­чалах или законах термодинамики. Но прежде чем при­ступить к рассмотрению этих законов, следует познако­миться с некоторыми терминами термодинамики.

Система — это совокупность материальных объектов. отграниченных каким-либо образом от окружающей среды. В зависимости от характера взаимодействия с окружающей средой термодинамические системы делят-

39

ся на три типа. Если система не обменивается с окру­жающей средой ни веществом, ни энергией, то она на­зывается изолированной. Замкнутая система — система, которая может обменивается сокружающей средой лишь энергией и не может обмениваться веществом Открытой называется такая система, которая обменивает­ся с окружающей средой и энергией, и веществом. Жи­вые организмы являются открытыми системами.

Энергия –   этоколичественная мера определенного вида движения материи при ее превращении из одного вида в другой. Будучи характеристикой движения материи, энергия всегда определяет способность системы совершать работу. Различают несколько видов энергии.

Механическая энергия — форма энергии, характери­зующая движение макротел и способность совершать механическую работу по перемещению макротел. Меха­ническая энергия разделяется на кинетическую, опре­деляемую скорость движения тел, и потенциальную, оп­ределяемую расположением макротел друг относитель­но друга.

Тепловая энергия представляет собой сумму кинети­ческой энергии хаотического теплового движения всех атомов:и молекул вещества. Показателем теплового движения частиц является температура. Средняя кине­тическая энергия Е _k одноатомной частицы вещества связана с абсолютной температурой Т следующим об­разом:

(1)

где k = 1,380-10^-16 эрг/град — постоянная Больцмана. Тепловая энергия, образно говоря, является самым де­градированным, обесцененным видом энергии, так как определяется хаотическим движением частиц. Все ос­тальные виды энергии определяются более упорядочен­ным видом движения частиц.

Химическая энергия — энергия взаимодействия ато­мов в молекуле. По существу, всякая химическая энер­гия— это энергия  электронов, движущихся по внешним орбитам атомов и молекул.

Электрическая энергия — энергия взаимодействия электрически заряженных частиц, вызывающая движе­ние этих частиц в электрическом поле. Энергетические

40

превращения в организме происходят в основном в пре­делах описанных четырех видов энергии.

Работа – это мера приращения энергии из ОДНОЙ формы в ДРУГУЮ. Численно работа равна энергии, превращенной из однойформы в другую в процессе совер­шения работы.