1. Биофизика как наука. Современные достижения биофизики и их значения для биологии и медицины.

Физика – наука, изучающая строения и свойства конкретных видов материи – веществ и полей – формы существования материи – пространство и время. Биофизика – физика явлений жизни, изучаемых на всех уровнях, начиная с молекул и заканчивая биосферой. Среди биологических процессов можно выделить близкие к физическим (кровообращение – связанно с течением жидкости (гидродинамика), распространение упругих колебаний по сосудам (колебания и волны), механической работы сердца (механика), генерация биопотенциалов (электричество) и другие. Дыхание связанно с движением газа (аэродинамика), теплоотдача (термодинамика), испарение (фазовые превращения). Понимание физики молекулярных процессов необходимо для правильности оценки состояния организма, природы некоторых заболеваний, действие лекарств. Современные медицинские приборы, основанные на волоконной оптике, позволяют осматривать внутри полости организма. Спектральный анализ используется в судебной медицине, генетике, фармакологии, биологии, рентгенодиагностика и методы меченных атомов – достижение ядерной и атомной физики. Для лечения: видимый и невидимый свет (ультрафиолетовый и инфракрасный излучения), рентгеновское и гамма – излучения. Охлаждение (лед) и нагревание (грелка) условия лечения основаны на тепловой деятельности. Электрическое и электромагнитное воздействие применяется в физиотерапии. Для изготовления протезов (зубы, сосуды, клапаны) необходимо знания механической прочности, устойчивости к многократным нагрузкам, эластичности, электропроводимости и другие. По изменению физических свойств биологических объектов возможна диагностика заболевания. На современном этапе развития биофизики произошли принципиальные сдвиги, связанные с бурным развитием биофизики сложных систем и молекулярной биофизики. С развитием биофизики в биологию проникли точные экспериментальные методы исследования (спектральные, изотопные, радиоспектроскопические). Возбуждения мембраны описывается уравнениями.

2. Первое, второе и третье начало термодинамики.

Предметом термодинамики является рассмотрение общих закономерностей превращение энергии при ее переносе в форме теплоты и работы между телами. В зависимости от характера обмена энергии и массы с окружающей среды через границы различают 3 группы систем: 1). Изолированные – не обмениваются с внешней средой ни энергией, ни массой, они полностью изолированы от влияния окружающей среды. 2). Закрытые – через свои границы обмениваются энергией с окружающей средой, но не могут обмениваться массой. 3). Открытые – обмениваются с окружающей средой и массой и энергией. Всякая система характеризуется термодинамическими параметрами I, V, P, Плотность, поэтому изменения хотя бы одного из них приводит к изменению термодинамического состояния системы в целом. Процессы, протекающие в системе и изменяющие ее состояние могут быть: 1). Равновесными (обратные) процессы протекают в системе, что вызванные ими изменения в состоянии системы могут произойти в обратном направлении без дополнительных изменений в окружающей среде (рассматривается главным образом в термодинамике). 2). Неравновесные (необратимые) – к ним относятся реальные превращения в природе и их протекание в обратном направлении сопровождается остаточными изменениями в системе. 1 – закон термодинамики: количество теплоты, перешедшее системе, идет на изменение внутренней энергии системы и совершение системой работы. dQ = dИ + dA. Количество теплоты и работу нельзя определить как разность, в общем случае dA включает работу против сил внешнего давления pdV и максимальную полную работу dA (штрих) сопровождающую химические превращения: dA = dA (штрих) тела + pdV. Второе начало термодинамики: Существует несколько формулировок 2 закона термодинамики: теплота самопроизвольно не может переходить от тела с меньшей температурой к телу с большей (формулировка Клаузиуса) или не возможен вечный двигатель второго рода (формулировка Томсона) т.е. невозможен такой периодический процесс результатом которого было бы превращение теплоты в работу охлаждения тела. В тепловой машине совершается работа за счет переданной теплоты, но при этом часть теплоты обязательно передается холодильнику. (нагреватель – Q – Вечный двигатель 2 рода – А = Q – (невозможно), нагреватель – Q₁– Тепловая машина (А = Q₁ – Q₂) - Q₂ – холодильник) это соответствует тепловой машине, т.е. устройству, которое получило количество теплоты от некоторого тела – теплоотдача (нагревателя), совершает работу и отдает часть этой теплоты другому телу – теплоприемнику (холодильнику). В этом цикле рабочее вещество (газ) в целом совершает положительную работу: в процессе 1 – а – 2 газ расширяется, работа положительная и численно равна площади кривой 1 – а – 2 , в процессе 2 – б – 1 работа отрицательна (сжатие газа) и численно равна площади под соответствующей кривой. Алгебраическое суммирование дает в целом положительную работу, совершенную газом за цикл. Она численно равна площади, ограниченной замкнутой кривой 1 – а – 2 – б – 1 . (График – овал под углом, где с севера 1, с запада – а, с юга – 2 , с востока – б, и оси координат, ось Х – V, ось Y – P). К.П.Д. прямого цикла ή = совершенной работы / количество Q полученному рабочем веществом от нагревателя, так как И = 0, то работа равна алгебраической сумме солнечного тепла, т.е. А = Q₁ + Q₂ , ή = (Q₁ + Q₂ )/ Q₁. Обратный цикл соответствует работе холодильной машине, т.е. такой системе, которая отбирает теплоту от холодильника и передает большее количество теплоты нагревателю, этот процесс не может протекать сам собой, он протекает за счет работы внешнего тела. При этом газ совершает отрицательную работу расширения, в 1 – б – 2 положительна.