Посудин укр

Альтернативний тест

Чи вірне ствердження, що максимальна світлова чутливість родопсину припадає на 690-740 нм? Так Ні

Парно-вибірковий тест

Знайти відповідні пари “Тварина−ознаки зорового аналізатора”

Знайти вірне ствердження:

Кришталик ока ссавців характеризується таким показником за-

ломлення n: 1,00; 1,336; 1,376; 1,41.

Акордно-вибірковий тест

Знайти вірні відповіді на запитання

1. “Які типи будови ока притаманні птахам?” а. плоский; б. асиметричний; в. кулеподібний; г. рурчастий; д. плоскосферичний.

2. Сітківка ссавців містить таки клітини: а. фоторецепторні; б. біполярні; в. горизонтальні; г. амакринові; д. гангліозні; е. рабдом.

Конструктивні тести

1.Навести всі процеси, що відбуваються після поглинання родопсином кванта світла.

2.Знайти в літературі гіпотези щодо функцій, які виконує гребінець ока птаха.

185

ІІІ. ФІЗИКА ЯВИЩ ПЕРЕНЕСЕННЯ

17. ЗМІНА ЕНТРОПІЇ

17.1. Параметри термодинамічної системи

Термодинамічна система сукупність макроскопічних тіл, які можуть взаємодіяти між собою та з іншими тілами (зовнішнім середовищем) шляхом обміну з ними енергією та речовиною.

Існує три типи термодинамічних систем:

1) ізольована система, яка не обмінюється із зовнішнім середовищем ні енергією, ні речовиною (рис.17.1);

Рис. 17.1. Ізольована термодинамічна система

2) замкнута система, яка обмінюється із зовнішнім середовищем енергією, але в ній відсутній обмін речовиною (рис.17.2);

186

човини).

Перехід системи з одного стану в інший, що супроводжується зміною термодинамічних параметрів, називається термодинамічним процесом.

Внутрішня енергія U включає енергію хаотичного (теплового) руху всіх мікрочастинок системи (молекул, атомів, іонів) та енергію взаємодії цих частинок. Внутрішня енергія характеризує стан термодинамічної системи, тобто є функцією стану системи.

Оборотним називають процес, що являє собою послідовність рівноважних станів, якщо термодинамічна система проходить від початкового стану до кінцевого, причому система може повернутися в початковий стан без остаточних змін в навколишньому середовищі.

Необоротним називають процес, який відбувається через послідовність нерівноважних станів та супроводжується необоротними змінами в навколишньому середовищі (рис. 17.4). До необоротних належать процеси, при яких відбувається направлене просторове перенесення речовини, теплоти, імпульсу (дифузія, теплопровідність, в’язка течія).

Рис. 17.4. Графіки зворотного

і незворотного процесів

17.2. Перший закон термодинаміки

Перший закон термодинаміки являє собою узагальнення закону збереження енергії і враховує можливі зміни внутрішньої енергії.

Розглянемо термодинамічну систему, яка знаходиться в процесі переходу від початкового стану до кінцевого, під час якого теплота Q поглинається (або виділяється) і робота А виконується системою (або над системою). Прикладом такої термодинамічної системи може бути газ, який переходить з початкового стану pn,Vn до кінцевого стану pк,Vк. Доведено, що відповідно до закону збереження енергії під час будь-якого переходу системи з першого стану у другий зміна внутрішньої енергії U = Uк Uп буде незмінною та дорівнювати різниці між кількістю теплоти Q, що одержується системою, та роботою A,

188

яка здійснюється системою проти зовнішніх сил. Отже, величина Q A визначається повністю початковим і кінцевим станами; називається ця величина зміною внутрішньої енергії системи U:

Тут A 0, якщо робота виконується системою проти зовнішніх сил і A 0, якщо робота виконується над системою.

Перехід системи з одного стану в інший супроводжується зміноюU внутрішньої енергії. Зміну U внутрішньої енергії можна оцінювати шляхом вимірювання теплоти Q, яка поглинається або виділяється системою, та виконаною роботою А. На основі останнього рівняння можна сформулювати перший закон термодинаміки теплота, що надається системі, витрачається на зміну внутрішньої енергії системи та на виконання системою роботи проти зовнішніх сил:

Якщо система набуває нескінченно малих змін стану, перший закон термодинаміки записується так:

У літературі можна зустріти таку форму запису першого закону термодинаміки, як dU = Q A, де символи означають, що теплота Q і робота А не є функціями стану і, отже, не можуть бути повними диференціалами.

Розглянемо кілька спеціальних випадків.

1. Ізольована система не взаємодіє з навколишнім середовищем; тепловий потік відсутній (dQ = 0), робота дорівнює нулю (dА = 0); отже U = 0, тобто внутрішня енергія ізольованої системи залишається сталою (U = const).

2.Циклічний процес, який починається з одного стану і закінчується тим же станом, характеризується зміною внутрішньої енергії U = 0, отже Q = А. Отже, неможливо створити механізм, який би виконував роботу, що перевищує одержану ним енергію.

3.Відкрита система характеризується потоком речовини dUреч,

тобто

189

де μk− хімічний потенціал, що відповідає вільній енергії одного моля компонента k. Відомо, що живі організми потребують постійного припливу вільної енергії (в першу чергу, енергії Сонця); без усієї вільної енергії організм припиняє свою життєдіяльність. За умовою сталого тиску та сталої температури вільна енергія відома як вільна енер-

гія Гіббса:

17.3. Другий закон термодинаміки

Перший закон термодинаміки виражає загальний закон збереження і перетворення енергії, але він нездатний визначити напрямок протікання процесів.

Нагадаємо, що всі реальні процеси мають переважні напрямки. Наприклад, тепловий потік прямує від нагрітого тіла до холодного, яке знаходиться з ним у контакті, але не навпаки. Поява другого закону термодинаміки обумовлена необхідністю відповісти на запитання, які процеси в природі можливі, а які ні.

Другий закон термодинаміки має декілька формулювань:

1) Р. Клаузіус, 1850 р.: неможливий круговий процес, єдиним результатом якого є передача теплоти від холодного тіла до гарячого; 2) У.Томсон, 1851 р.: неможливий процес, єдиним результатом якого є виконання роботи внаслідок охолодження теплового резервуара.

Розглянемо тепловий двигун, ефективність роботи якого характеризується коефіцієнтом корисної дії (ККД), що дорівнює відношенню кількості теплоти, перетвореної двигуном у механічну роботу А, до кількості теплоти Q1 , одержаної від нагрівника (рис. 16.5):

де Q2 кількість теплоти, яку робоче тіло віддає холодильнику

(Q2 0).

190