Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Seminarskie_zanyatia_po_fizike.doc
Скачиваний:
16
Добавлен:
08.11.2019
Размер:
2.65 Mб
Скачать

5. Применение второго начала термодинамики в биологии. Уравнение Пригожина. Негэнтропия

Основное значение второго начала состоит в предсказании направления протекания процессов в биологической системе. Оно дает единый алгоритм изучения самых различных явлений.

Живой организм является открытой системой, термодинамика которых была разработана в середине прошлого столетия И.Р.Пригожиным и др.. И.Р.Пригожин за эти работы удостоен Нобелевской премии. Полное изменение энтропии Δs открытой системы складывается из изменения энтропии Δsi за счет внутренних необратимых процессов и изменения энтропии Δse за счет обмена веществом и энергией с окружающей средой.

Δs = Δsi + Δse (26)

В общем случае для открытой системы Δs может быть больше, меньше или равно 0 и в разные моменты времени имеет разное значение. Поэтому ввели величину (ds/dt), названную производством энтропии.

Уравнение Пригожина для открытых систем

(ds/dt)= (ds/dt)i + (ds/dt)e (27)

При необратимых процессах, протекающих в системе, (ds/dt)i > 0, а производство энтропии за счет обменных процессов с окружающей средой (ds/dt)e<0.

Теперь второе начало термодинамики для открытых систем теперь может быть сформулировано так: в открытых системах внутреннее изменение энтропии всегда положительно, а внутреннее изменение свободной энергии всегда отрицательно.

Биологическая система может удерживаться в неравновесном состоянии за счет того, что она отдает произведенную при необратимых процессах энтропию в окружающую среду или, как говорят, получает «негэнтропию» (отрицательную энтропию) из окружающей среды.

Организм питается свободной энергией окружающей среды:

ΔG=ΔU + T(-Δs) + p ΔV (28)

T(-Δs) – негэнтропия.

6. Стационарное состояние биологической системы. Отличие стационарного состояния от равновесного. Теорема Пригожина.

Стационарным называется такое состояние открытой системы, при котором основные макроскопические параметры системы остаются постоянными. Состояние гомеостазиса биологической системы обеспечивается взаимодействием внутренней среды организма с внешним миром. Гомеостазис представляет собой стационарное состояние организма высших животных. Термодинамическим критерием стационарного состояния является равенство нулю полного производства энтропии:

(ds/dt)=0 (29) и, следовательно, (ds/dt)i = - (ds/dt)e (30)

Стационарное состояние существенно отличается от равновесного.

Равновесное состояние

Стационарное состояние

Все макропараметры постоянны

Р=const, V=const, T=const, G=const, s=const и т.д.

В системе не протекают никакие макропроцессы

В системе протекают макропроцессы, обусловленные постоянными во времени внешними причинами

Изолированная система

Открытая система

S= Smax

G=Gmin

S< Smax

G>Gmin

(ds/dt)i = 0

Энтропия не производится

(ds/dt)i >0, но (ds/dt)i = - (ds/dt)e

(ds/dt) = (ds/dt)i + (ds/dt)e = 0

Теорема Пригожина: в стационарном состоянии производство энтропии имеет постоянное и минимальное из всех возможных значение.

(ds/dt) i >0 = const→ min (31)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]