3. Термодинамика биологической системы.

При применении термодинамики к биологическим системам необходимо учитывать особенности организации живой системы. 1). Биологические системы открыты для потоков вещества и энергии. 2). Процессы в живых системах имеют неограниченный характер. 3). Живые системы далеки от равновесий. 4). Биологические системы гетерофазны, структурированы и отдельные фазы могут иметь небольшое число молекул. Для более адекватного описания свойств в биологических системах во многих случаях пользуются изменением необратимых термодинамических процессов. (рассматривается ход процессов во времени). Система существует в стационарном состоянии. В термодинамике линейных неоднородных процессов доказывается, что стационарное состояние может быть охарактеризовано следующим принципом – принципом Пригожина: в стационарном состоянии при внешних параметрах скорость энтропии в системе постоянна по времени и минимальна по величине. В открытой системе производство энтропии для необратимых процессов стремится к минимуму. Из теории следует, что если система по той или иной причине выведения из стационарного состояния, то она будет изменятся до тех пор, пока удельная скорость продукции энтропии не примет наименьшее значение, т.е. достигает минимума диссипативная функция. dψ/dt меньше или равно 0. Функция диссипации (скорость продукции энтропии на единицу объема).

4. Энтропия. Энтропия и вероятность, скорость продукции энтропии. Соотношение Онзагера между потоком и движущей силой есть взаимосвязь.

Закон Ома для участка цепи I = U/R, I = fx, 1/R = f – линейный коэффициент Онзагера. Поток вещества через систему Q = (P₁ – P₂)/x, I₁ = f_11x1 + f_12x2, I₂ = f_21x1 + f_22x2, I = - URT(dc/dx). Как один поток влияет на другой, так другой влияет на первый. f₂₁ = f₁₂ уравнение взаимности Онзагена. Для систем находящихся вблизи состояния равновесия собственная скорость продукции энтропии dis/dt = SσdV больше 0 минимум. Если процесс происходит в изолированной системе (d Q = 0), то в обратном процессе энтропия не изменяется S₂ – S₁ = 0, S – постоянное, а в необратимом – возрастает. Если небольшое количество теплоты d Q переходит от 1 тела ко второму, то при этом энтропия первого тела уменьшается на dS₁ = d Q/T₁, а второго увеличивается на dS₂= d Q/T₂ Полное изменение энтропии системы +, dS = - dS₁ + dS₂ = d Q/T₂ - d Q/T₁ больше 0, отсюда следует, что энтропия изолированной системы возрастает. Энтропия – мера неупорядоченности частиц системы. Неупорядоченность состояния системы количественно характеризуется так же вероятностью W термоядерной вероятностью называют число способов размещения частиц или число микросостояний, реализующих данное макросостояние. Частицы газа: а, b, c, d находятся в Vразделенном на 2 равные ячейки ( 1 – ячейка – а, 2 – ячейка – b, c, d – 1 – V, 1 – ячейка – b, 2 – ячейка – а c, d - 2– V, 1 – ячейка – с,2 – ячейка – b, а,d – 3– V, 1 – ячейка – d,2– ячейка – b, c, а– 4– V) – 1 – макросостояние, 4 – микросостояний. ( 1 – ячейка – а, b, 2 – ячейка – c, d – 1 – V, 1 – ячейка – а c , 2– ячейка – b, d - 2– V, 1 – ячейка – а, d, 2– ячейка – b, с3– V, 1 – ячейка – b, c, 2– ячейка – а, d - 4– V, 1 – ячейка – b, d, 2– ячейка – а c – 5 – V, 1 – ячейка – c, d, 2– ячейка – b, а– 6 – V) – 1 макросостояние, 6 микросостояний. Система предоставленная самой себе стремится прийти к макросостоянию которое реализуется наибольшим количеством микросостояний. S = kW_тер + постоянное, k –постоянная Больцмана. Энтропия системы организма – окружающей среды возрастает как у изолированной системы, однако энтропия организма при этом сохраняется постоянной. Упорядоченность организма сохраняется ценой уменьшения упорядоченности окружающей среды. dS/dt = dSi/dt + dSe/dt, для стационарного состояния (dS/dt = 0), изменение S обуславливается dSi/dt = - dSe/dt, изменение S вызванное взаимодействием системы с внешними телами. По принципу Пригожина, производная dSi/dt больше 0, отсюда следует, что скорость изменения энтропии окружающей среды при сохранении стационарного состояния организма также минимальна.