Тепловой эффект химической реакции зависит от разности энергий исходного и конечного состояний биохимической системы.

Этот закон применяют для определения калорийности продуктов путем их сжигания и измерения выделившейся энергии в калориях.

Энергия продуктов питания превращается в другие виды энергии: в электрическую во всех клетках, в световую, в механическую в мышечных тканях, в тепло (внутреннюю).

Выделение тепла организмом в процессе его жизнедеятельности в единицу времени называют теплопродукцией :

Удельная теплопродукция есть количество теплоты, выделяемой единицей массы живого организма в единицу времени:

в или

У мелких животных удельная теплопродукция больше, т.к. их масса меньше. Поэтому мелкие птицы, насекомые, животные много и часто едят, чтобы восстановить потерю тепла.

Живые организмы могут существовать в ограниченном интервале температур – от температуры замерзания водных растворов до , когда разрушается белок.

При понижении и повышении температуры окружающей среды в живых организмах включаются механизмы терморегуляции, химические и физические.

Например, при похолодании химические механизмы терморегуляции уменьшают интенсивность обмена веществ. Медведь в берлоге при внешней температуре имеет температуру тела .

Физический механизм терморегуляции – непроизвольные мышечные сокращения – дрожь.

При перегреве происходит отдача тепла с поверхности кожи в виде инфракрасного (теплового) излучения (55% у человека). При потоотделении и дыхании уходят 27%. В жаркую погоду кровеносные сосуды расширяются и горячая кровь приливает к коже, отводя тепло от внутренних органов. При охлаждении, наоборот, сосуды сужаются и тепло сохраняется.

Влияя на кожу теплом и холодом, можно повлиять на теплообмен и обмен веществ в организме. С этой целью применяют термодинамические методы лечения и укрепления организма:

1) горячая и холодная вода, контрастный душ;

2) прогревание горячим паром в бане;

3) грязе-, торфо-, глино-лечение;

4) аппликации парафина, озокерита;

5) лечение холодом, чтобы снять болевой синдром и другие.

Термодинамические процессы бывают обратимыми и необратимыми. Обратимые протекают как в прямом, так и в обратном направлениях, причем в окружающей среде ничто не меняется. Необратимыеидут только в одном направлении. Например, жизнь. Она когда-то заканчивается. Обратимые процессы идеальны. Все природные процессы необратимы.

Для характеристики состояния термодинамической системы в термодинамике вводят понятие энтропии (обозначают буквой S). Для исследования процессов представляет интерес не сама энтропия, а ее изменениеΔЅ.

Если процесс идет при неизменной температуре (например, плавление, кипение или изотермический процесс в газах), то изменения энтропии:

Энтропия – это мера рассеяния энергии системы.

Второе начало термодинамики говорит об увеличении энтропии изолированной системы.

В изолированной системе самопроизвольно проходят такие процессы, в результате которых энергия системы переходит в тепло и рассеивается: . В итоге будет хаос, распад.

Полное изменение энтропии живого организма, как открытой термодинамической системы равно:

, где

- изменение энтропии, обусловленное процессами внутри организма, в результате которых тепло выделяется и рассеивается по второму началу термодинамики, т.е. . - изменение энтропии, связанное с обменом веществ в живом организме, благодаря которому он и живет. может быть положительным, отрицательным и равным нулю. Если , а по модулю больше чем , то общая энтропия живого организма .

Это означает, что при поступлении энергии из внешней среды происходит рост тканей организма, усложнение структуры, т.е. организм живёт.

При полная энтропия . Такое состояние организма называется стационарным. У него постоянные параметры: давление, температура, сахар в крови др. в биологии это состояние называют гомеостазом.

При заболевании происходят отклонения в параметрах. При выздоровлении они восстанавливаются. Но с течением времени все же разрушение наступает, организм стареет и погибает: . Биологическая система разлагается.

Контрольные вопросы

1. Определение термодинамической системы. Изолированные и открытые системы. Термодинамические параметры. Уравнение состояние системы.

2. Термодинамический процесс. Обратимые и необратимые процессы.

3. Понятие внутренней энергии тела. Способы изменения внутренней энергии. Формула для внутренней энергии и для её изменения. Поясните буквы.

4. Первое начало термодинамики. Какой физический закон оно отражает? Формула первого начала термодинамики и формула Майера. Поясните буквы.

5. Виды теплопередачи. Приведите примеры.

6. Почему живые и растительные организмы представляют собой открытую термодинамическую систему? Закон Гесса и его применение.

7. Превращение энергии в живом организме.

8. Понятие теплопродукции живого организма и удельной теплопродукции. Терморегуляция в живом организме.

9. Термодинамические методы лечения.

10. Понятие энтропии и изменения энтропии термодинамических систем. Изменение энтропии в биологических системах. Гомеостаз.