25. Разделение смесей. Центрифуга.

Для тел правильной формы можем вычислить коэффициент пропорциоальности : - для шара.

Поправочный коэффициент: k=b/b0=1,5 (для иммуноглобулина). b – коэффициент пропорциональности припадении эквив.шара (Vшара=Vмолекулы).

- иммуноглобулин;

Если мы имеем взвесь: если поместить взвесь в поле силы тяжести (нальем в пробирку), то частицы будут оседать на дно. Mg=Fа+Fтр

Это очень медленный процесс. Чем больше , r, тем больше V оседания.

В биологии для разделения смеси используют центрифугу (вращается вокруг своей оси с n-ой скоростью). Преимущества центрифуги: чем быстрее вращается центрифуга, тем больше центробежная сила F=mw²r. w²r-центробежное ускорение>mg. Пробирки лежат на боку.

Если очень большая скорость вращения, то можем пренебречь mg. Не всегда круглая, чаще квадратная. Центрифуги бывают разные: высокоскоростные и низкоскоростные (нельзя пренебречь mg). В центрифуге пробирки лежат на боку: сила увеличивается.

Если пренебречь mg вместо mg=Fa+Fтр будет mw²r= Fa+Fтр. Но если тогда у нас g константа, то в центрифуге – нет. Она будет определяться местоположением частицы. w²r – не постоянно на всём пути частицы в пробирке В центрифуге ускорение не будет постоянным на протяжении всего движения частицы в пробирке.

Коэффициент сегментации: S=V0/g

В центрифуге:

S – один и тот же, вне зависимости в поле какой силы идет разделение. Сведберг=10^-13 сек

«Системы, состоящие из большого числа частиц».

Тема 1.

26. Необратимые и обратимые процессы.

1. Обратимым термодинамическим процессом называется термодинамический процесс, допускающий возможность возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения.
Необходимым и достаточным условием обратимости термодинамического процесса является его равновесность.


2. Необратимым термодинамическим процессом называется термодинамический процесс, не допускающий возможности возвращения системы в первоначальное состояние без того, чтобы в окружающей среде остались какие-либо изменения.
Все реальные процессы протекают с конечной скоростью. Они сопровождаются трением, диффузией и теплообменом при конечной разности между температурами системы и внешней среды. Следовательно, все они неравновесны и необратимы.


Необратимость возникает только в том случае, если частиц много. Если мы имеем систему из большого числа частиц – появляются другие новые законы. Если заснимем движение частицы на пленку, то в любом направлении просмотра всё будет нормально для нас. Если заснимем растворение кристалла и посмотрим в обратном направлении – понятно, что такого не бывает. Для рассмотрения необратимых процессов нужны системы из б.ч.ч. Движение одной частицы обратимо, а группы частиц – необратимо. Для описания системы из б.ч.ч. можно использовать термодинамический или статический метод.

• При термодинамическом методе не важен состав. Важно, как меняется система при действии на нее. Уравнение теплового баланса и уравнение Менделеева-Клапейрона достигло этого подхода. Алгебраическая сумма всех количеств теплоты (поглощенных и выделенных) в теплоизолированной системе равна нулю. Q1+ Q2+…+ Qn= 0, где n – количество тел системы. Q = сm(t2 – t1), где m – масса тела, кг; (t2 – t1) – разность температур тела,° С (или К); с – удельная теплоёмкость вещества, из которого состоит тело. Термодинамика – описательная наука, позволяет исключить невозможные сценарии развития в системе.

• Статическая физика. P=nkT , где k – постоянная Больцмана. (pV=nRt) Давление в газе объяснено упругими соударениями молекул со стенками сосуда – импульс. Статистический подход позволяет понять, что такое давление и абсолютная температура. Абсолютный 0 температур – прекращается всякое движение молекул. - кинетическая энергия связана с температурой. Молекулы обладают разными скоростями. Если бы скорость была равна 0 – вся атмосфера лежала бы на Земле. Если бы скорости молекул ограничены были, то атмосфера обрывалась бы . Атмосфера меняется постепенно, давление уменьшается с высотой. Концентрация молекул и давления в атмосфере станет равным нулю только на бесконечной высоте. Если есть молекулы разных масс: самые легкие будут легче улетать. Водород улетел из атмосферы почти весь. Тяжелые молекулы ближе к Земле. g – постоянна только на небольших расстояниях от Земли. Если расстояние больше вместо g используют . ; . То как ведет себя атмосфера зависит от массы планеты. Маленькие быстрее теряют атмосферу. Скорости молекул простираются от нуля до бесконечности. При хаотическом движении распределение скоростей молекул можно определить (вывел Максвелл).

• Функция распределения Максвелла. Пусть имеется n тождественных молекул, находящихся в состоянии беспорядочного теплового движения при определенной температуре. После каждого акта столкновения между молекулами, их скорости меняются случайным образом. В результате невообразимо большого числа столкновений устанавливается стационарное равновесное состояние, когда число молекул в заданном интервале скоростей сохраняется постоянным. В результате каждого столкновения проекции скорости молекулы испытывают случайное изменение на Δυ_x, Δυ_y, Δυ_z, причем изменения каждой проекции скорости независимы друг от друга. Будем предполагать, что силовые поля на частицы не действуют. Найдем в этих условиях, каково число частиц dn из общего числа n имеет скорость в интервале от υ до υ+Δυ. Скорость – векторная величина. Для проекции скорости на ось х (x-й составляющей скорости) из имеем , тогда . Вероятность того, что молекула обладает скоростью в интервале (Vx;Vx+dVx), будет равна Кол-во молекул конечно, а скоростей бесконечно. - число молекул со скоростью в интервале (Vx;Vx+dVx). Вероятность того, что скорость молекулы одновременно удовлетворяет трём условиям: x-компонента скорости лежит в интервале от υ_х до υ_х+dυ_х; y-компонента, в интервале от υ_y до υ_y+dυ_y; z-компонента, в интервале от υ_z до υ_z+dυ_z будет равна произведению вероятностей каждого из условий (событий) в отдельности: , где (Vx; Vx+dVx) ; (Vy; Vy+dVy) ; (Vz; Vz+dVz) – число молекул, которые одновременно обладают скоростью в интервалах.

Этой формуле можно дать геометрическое истолкование: dnxyz – это число молекул в параллелепипеде со сторонами dυx, dυy, dυz, то есть в объёме dV=dυxdυydυz , находящемся на расстоянии V от начала координат в пространстве скоростей.

Если собрать вместе все молекулы в единице объёма, скорости которых заключены в интервале от υ до υ+dυ по всем направлениям, и выпустить их, то они окажутся через одну секунду в шаровом слое толщиной dυ и радиусом υ (рис. 2.4). Этот шаровой слой складывается из тех параллелепипедов, о которых говорилось выше.

Объём этого шарового слоя . Общее число молекул в слое, как следует из . Нас интересует только распределение только по величине скорости: , где f(Vx), f(Vy), f(Vz) – f зависит от величины и направления.

В системах из б.ч.ч. всё равно поддерживается равновесие. С точки зрения механики нельзя эту систему назвать равновесной (сумма сил равна 0, сумма моментов сил равна 0 должна быть) – механическое равновесие. В термодинамике – термодинамическое равновесие: система, находящаяся в термодинамическом равновесии, если ответственные за обмен с внешней средой характеристики имеют одинаковые значения в системе и во внешней среде. Еще есть химическое равновесие. Есди система теплоизолирована, то не будет переноса тепла и выравнивания не будет.