БИОЭНЕРГЕТИКА. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ

Жизненные процессы, при всем многообразии, имеют и общие черты, в частности, любой из процессов требует затрат энергии. В этой связи важным направлением биофизических исследований является изучение преобразования энергии в биологических системах. Процессы энергообеспечения организма за счет внешних энергетических ресурсов составляют предмет исследования биоэнергетики. В биоэнергетике выделены два подхода:

1) исследуются механизмы энергетических процессов, протекающих в организме, на молекулярном и субмолекулярном уровнях;

2) изучаются особенности биологических процессов на основе общих законов превращения энергии, без детального изучения их молекулярных механизмов. Это составляет содержание биологической термодинамики.

В термодинамике объектом исследования служит система, под которой понимают совокупность объектов, ограниченных в той или иной степени от окружающей среды. Различают изолированные системы, которые не обмениваются энергией, веществом и информацией с окружающей средой и открытые системы, где такой обмен происходит. Живой организм относится к открытой системе.

Состояние любой системы характеризуется некоторыми параметрами. Одни из них не зависят от массы или числа частиц в системе, то есть, от размеров, другие параметры пропорциональны этим аргументам. Первые получили название интенсивных термодинамических параметров, к ним относятся: температура, давление и т. д. Параметры второй группы называются экстенсивными термодинамическими параметрами. Например, это объем, энергия, энтропия и т. д.

Энергию системы можно представить, состоящей из двух частей:

- энергия системы, как целого;

- внутренняя энергии (энергия атома и т. д.).

Смысл первого начала термодинамики сводится к тому, что изменение внутренней энергии системы может произойти только при обмене энергией с окружающей средой. Энергетический обмен между системой и средой осуществляется двумя способами: посредством передачи тепла и (или) совершением работы.

- количество тепла;

- работа.

- первое начало термодинамики.

Знак в формуле принимает следующие образы:

-положительным считают то тепло, которое получает система из окружающей среды;

-работу считают положительной, когда система производит ее над окружающими телами.

Рассмотрим некоторые способы совершения работы:

- механическая работа.

- работа при постоянном объеме.

- работа при перемещении заряда и разность потенциалов.

- - осмотическое давление.

- изменение числа молей,

- химический потенциал.

... - величины, вызывающие причины действия работы, интенсивные параметры.

- обобщенная сила, которая вызывает работу;

- обобщенная координата.

, ... - экстенсивные параметры.

,

Количество тепла, получаемое системой, определяется изменением внутренней энергии системы, а также суммой всех видов работы, совершенной системой.