Моделью вязко-упругих свойств является параллельно соединенные этиэлементы, а для упруго-вязких – последовательное соединение:
IX. Термодинамика
1. Основные определения
Термодинамика возникла как наука о превращении теплоты в работу. Дальнейшее ее развитие показало применимость этих закономерностей в других областях наук.
Термодинамика это наука об общих закономерностях превращения энергии в различных процессах, обусловленных тепловым движением молекул.
Биологическая термодинамика изучает процессы превращения энергии в живой системе в особенности изменения и передачи энергии и массы при взаимодействии с внешней средой.
Термодинамика как наука в отличие от молекулярно-кинетической теории она не привязана к конкретной структуре вещества. Основные положения термодинамики изложены в 3-х началах термодинамики и при этом используются 3 основных параметра:
1) Р – давление, Па;
2)V – объем, M³;
3) Т – термодинамическая температура, К.
Термодинамический процесс – это переход из состояния 1 в состояние 2:(P1‚V1‚T1↔P2‚V2‚T2). Возможен обратный процесс (круговой). Он называется обратимым, если в окружающей среде не происходит каких-либо изменений. То есть термодинамика обратимых процессов изучает явления в тех же промежуточных стадиях, что и прямой процесс.
2. Термодинамические системы
Термодинамическая система это часть окружающего нас мира, которая рассматривается с позиций термодинамики при тепловых беспорядочных движениях молекул. Например, газ под поршнем.
Термодинамические системы бывают:
Изолированные – это системы, на которых внешние силы не действуют
или их равнодействующая равна 0.
В этих системах не происходит обмен веществом и энергией с внешней средой. Это идеализированные системы (Например, колебание маятника без трения).Хотя некоторые реальные системы могут приближаться к изолированным.
2) Открытые - это системы, в которых обмен происходит с внешней средой и веществом и энергией.
В изолированных системах ход процесса ограничен количеством вещества. После его израсходования прекращаются всякие макроско-пические процессы и наступает, так называемое, термодинамическое равновесие, что для живой биосистемы означает смерть. То есть живая система должна быть открытой и должен быть обмен с внешней средой веществом и энергией. С точки зрения термодинамики смысл жизни заключается в постоянной борьбе с приближением к термодинамическому равновесию.
3. Первое начало термодинамики
Внутренняя энергия это сумма всех видов энергий частиц составляющих тепло. Сюда входит кинетическая и потенциальная энергии атомов и молекул, энергия химической связи, энергия связи нуклонов и все другие виды энергии молекул и атомов.
Полной энергией называется сумма всех внутренних энергий и сумма кинетической и потенциальной механической энергии.
Количество теплоты сообщенное системе идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение системой работы.
Или в дифференциальном виде:
где Q - количество сообщенной системе теплоты (тепловой энергии), Дж;
U- внутренняя энергия, Дж;
+ - работа системы (система сама совершает работу), Дж.
Если работа совершается над системой, то:
А
Или:
где- - работа над системой, (Дж).
Первое начало термодинамики есть закон сохранения энергии: энергия не создается и не исчезает, она только видоизменяется. Следствием первого начала термодинамики является то, что невозможен вечный двигатель первого рода, то есть такой двигатель, который совершал бы работу большую, чем поступает энергия извне.
Пусть
имеется двигатель, в котором пар или
газ в результате работы возвращается
в исходное состояние. Это означает
.
Тогда согласно первому началу
термодинамики будет:
То есть для совершения работы нужны эквивалентные затраты тепловой энергии. Поэтому невозможен двигатель, который совершал бы работу без подведения соответствующего количества энергии.