7. Внутренняя энергия, теплота и работа, как тд функции.

Энергия – мера определённой формы движения материи при её превращении из одной формы в другую. Е - мера способности системы совершать работу. Является произведением фактора экстенсивности на интенсивность. Напр: E=р*v, E=m*P и т.д

Закон сохранения Е: - Е не создаётся из ничего и не может превратиться в ничто.

ТД равновесие - состояние системы, при котором способность совершать работу =0 и из которой она не может выйти без затраты Е из вне. Все системы стремятся к этому состоянию.

Внутренняя Е (U) – весь запас внутр. кинетической и потенциальной Е в-ва. Абсолютное значение вн. Е определить невозможно. Важно кол-но определить изменение вн. Е при переходе из одного состояния в другое: ∆U=U₂-U₁. В равновесном сост. система обладает определённым запасом Е => вн. Е является функцией состояния.

Работа и теплота – две возможные формы передачи Е от одной системы к др. Работа – это Е, передаваемая одним телом другому, не зависящая от t тел и не связанная с переносом массы. Работа положительна (А > 0), если она совершается системой против внешних сил, и отрицательна (А < 0), если она выполняется над системой. В хим. рассматривают работу расширения, совершаемую системой, тогда равновесному процессу всегда соответствует мах работа.

Теплота – Е, передаваемая одним телом другому, зависящая от t тел и не связанная с переносом массы. Теплота положительна (Q > 0), если теплота поступает в систему (эндотермическим процесс), и отрицательна (Q < 0), если теплота отводится из системы (экзотермический).

В равновесном состоянии система не обладает ни запасом теплоты, ни запасом работы, поэтому они являются функциями процесса. Передача теплоты или совершение работы осущ-ся лишь при взаимодействии системы с внеш. средой или другой системой.

8. Первый закон тд в биологии; доказательства его применимости к живым системам. Своеобразие проявления первого закона тд в биосистемах.

Закон: работа совершаемая системой = разности м/у количеством теплоты, сообщаемой системой и изменением её внутр. Е: ∆А = ∆Q - ∆U. Закон – это количественная форма закона сохранения энергии. Кол-во теплоты, поступающей в систему расходуется на ↑ внутр. Е системы за вычетом совершенной работы.

Внутренняя Е (U) – сумма (совокупность) всех типов Е и взаимодействий входящих в систему частиц. (Е вращательного движения атомов, Е взаим-вия водородных атомов).

Работа биоситемы может совершаться за счёт энтропии и внутр. Е (но не внеш. теплоты, т.к. если бы можно было за счёт притока из вне биосист. нагревались бы 174⁰С, см. ниже в этом же вопросе – это типа своеобразие закона) (это следствие 1 закона).

Доказательство справедливости закона для био систем: 1780 Лавуазье и Лаплас опыт с морскими свинками. Е хим. связей в белках, жирах и углеводах переходит в тепловую – метод непрямой (?) калориметрии. Свинок кормили – мерили тепло, столько же хавчика сжигали – тоже мерили, сравнили, получили числа одного порядка. По умному: совпадение тепловых эффектов при прямом сжигании продуктов и при их окислении в орг-ме морской свинки свид-т о том, что пути превращения прод-в питания в метаб-ких процессах и хим. р-циях вне живой клетки яв-ся эквивалент-ми с точки зрения суммарных тепловых эффектов. Живые орг-мы не являются источником новой Е. Окисление поступающих в живой организм пит. в-в приводит к высвобождению в нем эквивалетного к-ва Е.

Еще док-во: работа мышцы при 25⁰С (289К = Т), КПД = 30% = 1/3.

КПД = Т₁-Т₂/Т₁.

1/3 = Т₁-298К/Т₁.

1/3 = 1- 298/ Т₁.

-2/3 = - 298/ Т₁.

2/3Т₁ = 298.

Т₁ = (298*3) /2 = 447К = 174⁰С.

Метод прямой калориметрии исполь-ся и на человеке (Этуотер). Исполь-ся герметичная камера: ч/з систему труб подается определ. кол-во О₂, считают сколько выд-ся СО₂, Н₂О и т.д. есть датчики на t. Ограничения: 1) живой объект не должен накапливать массу и расти. 2) жив организм не должен совершать работу (физ. нагрузку). Кол-во Е, поглощенной за сутки чел. орг-мом вместе с пит. в-ми, равно выделенной за это же время теплоте. След-но, закон справедлив для жив. орг-мов.

Метод непрямой калориметрии: С полным и неполным газовым анализом. Ввели коэффициент: при расщеплении 1 мол-лы глюкозы исп-ся 6 мол-л О₂, а выделяется 6 мол-л СО₂, 6 мол-л Н₂О и 678 кал. ДК = выд СО2 в ед времени / погл О2 в ед времени. Производят сравнение состава и объема вдых. и выдых. воздуха. Исп. мешок Дугласа. Для анализа исп. газоанализаторы: ГА Холдейна: система стеклян. трубочек, погл-щая CO₂ и O₂. Сейчас ГА с поглощением световых потоков. Нормальный дых. коэфф. 0,85±0,03. Нахождение КЭК (калориметрический эквивалент кислорода) – численно равен кол-ву Е, высвобождающейся в организме при потреблении 1 л О₂. В клинических условиях исп. неполный ГА, не считают СО₂. Считают объем поглощенного О₂ с пом. спирографа. Диаграмма под наклоном, из замкнутой системы постепенно уходит О₂.