Големина на текста:
Тема 1 Биотермодинамика – основи
Предмет на термодинамиката са общите закономерности на превръщане на енергията в
топлина и работа при пренасянето й между телата. Термодинамиката е описателна,
макроскопична, фундаментална наука. Законите на термодинамиката са универсални за
живата и неживата природа, тъй като те не са извеедни чрез разглеждане на конкретната
същност на процесите. Термодинамична система е всяка част от околния свят, която се описва
и изследва от термодинамична гледна тока. В зависимост от взаимодействието на системата с
околната й среда тя може да бъде:
- изолирана, ако не обменя със средата нито енергия Е, нито маса
- затворена, ако обменя само енергия
- отворена, ако обменя със средата и енергия и в-во.
Физичните величини, които характеризират св-вата на една термодинамична система, като
напр температура, обем, налягане се наричат термодинамични параметри. Съвкупността от
стойностите на параметрите опреедля термодинамичното състояние.Един параметър, който е
функция на състоянието, ако има точно определена стойност за всякосъстояние и тази стойност
не зависи от пътя или начина, по който системата е достигнала до това състояние. Всяка
изолирана система преминава с течение на времето в термодинамично състояние.
Затоврените и отворените системи могат да преминават в стационарно състояние, при което
параметрите им не се изменят с времето, но в различни части на системата могат да имат
различни стойности. Процес е преход на системата от едно равновесно състояние в друо. В
зависимост от това дали междинните съединяние на един процес са равновесни или
неравновесни, този процес е съответно равновесен или неравновесен. В системата се
извършва изопроцес, когато поне един от параметрите й остава постоянен. Процесът е
изохорен при dV=0, изобарен – dp=0 , изотермен – dT=0 , адиабатен – ако не се обменя
топлина. Обратими, необратими процеси.
Първия принцип на термодинамиката е приложение за закона за запазване на енергията към
процесите на превръщане на топлината в работа и енергия. За изолирана система този
принцип се формулира по два начина – два от начините са следните
- общата сума от енергиите в системата остава постоянна:
не е възможно посторяване на вечен двигател от първи род, който би извършвал механична
работа, без да получава енергия от външен източник.
Количеството топлина, предадено на една затворена система, отива за изменение на
вътрешната й енергия (делта)U и за извършване на работа А:
Под вътрешна енергия на една система се разбира общата сума от всички видове енергии на
частиците, от които се състои системата, без в нея да се включва кинетичната и потенциалната
енергия на системата като цяло.
Първи принцип на термодинамиката:
Вторият принцип на термодинамиката се характеризира количествено с величината ентропия,
която е функция на състоянието на системата, каквато е и вътрешната енергия.
Изолирана система – неравенство на Клаузиус:
Първият и вторият принцип на термодинамиката могат да бъдат обединени:
Болцман е установил , че ентропията S е пропорционална на натуралния логаритъм на
термодинамичната вероятност W с коефицент на пропорционалност k= 1,38.10 на -23, наречен
константа на Болцман:
Според молекулно-кинетичната теория ентропията характеризира неподредеността на
часитицте в една термодинамична система. Така например когато една течност се изпарява, тя
поглъща топлина и ентропията на системата течност/пара нараства. Обратно, при кондензация
системата отделя топлината на изпарение, ентропията й намалява, а подреедността на
системата се увеличава. Подреедността на една система се характеризира количествео с
величината термодинамична вероятност на дадено състояние.
Състояниятасенаричатмакросъстояния, акосеописват с параметри,
коитохарактеризиратсистематакатоцяло.Състояниятанасистематасенаричатмикросъстояния,
акосеописват с параметринавсякаеднамолекула. По дефиниция термодинамичната вероятност
W е равна на броя на микросъстоянията, чрез които може да се реализира дадено
макросъстояние. Когато параметърът брой на молекулите има постоянна стойност от двете
страни на мембраната, наблюдаваме термодинамично равновесие. Известно е, че в състояние
на термодинамично равновесие ентропията има максимална стойност.
Вторият принцип на термодинамиката се характеризира количествено с величината ентропия,
която е функция на състоянието на системата, каквато е и вътрешната енергия.
Първият и вторият принцип на термодинамиката могат да бъдат обединени:
Болцман е установил , че ентропията S е пропорционална на натуралния логаритъм на
термодинамичната вероятност W с коефицент на пропорционалност k= 1,38.10 на -23, наречен
константа на Болцман:
Най-вероятно е състоянието с максимална ентропия и с най-голяма неподреденост. Примери
за преход на система в най-вероятно състояние са следните явления:
- превръщане на насоченото движение на частиците на едно движещо тяло в хаотично при
внезапното му спиране, проявявано като преход на кинетичната му енергия в топлина
- намаляване на подредеността на частиците в пространството при дифузия и др.
Всяка термодинамична система е в състояние на максимална подреедност само при
температура абсолютна нула. Тогава всичките й частици са неподвижни, а при кристалите те се
намират точно във възлите на кристалната решетка. Това състояние е единствено възможно, то
се реализира с едно микросъстояние, има вероятност W=1 и ентропията му е:
Изводът е че, ентропията става нула при температура 0 К, се нарича теорема на Нернст или
трети принцип на термодинамиката. Първият принцип – изразява енергийния баланс на един
процес, а вторият – показва възможната му посока.
Термодинамични потенциали са наречени четири функции на състоянието и всеки от тях се
дефинира като функция на две точно определени променливи измежду параметрите p,V,T и S.
Термодинамичните потенциали, аналогично на ентропията, могат да се използват за
формулиране на втория принцип на термодинамиката за затворена система по следните два
начина:
- термодинамичните потенциали не се променят при обратими процеси и намаляват при
необратими, ако съответните им независими променливи остават постоянни
- всички реални процеси протичат спонтанно в посока на намаляване на термодинамичните
потенциали и в посока на нарастване на ентропията до установяване на равновесно състояние,
при което всички потенциали достигат минимални стойности, а ентропията – максимална.
Тема 2 Основни на неравновесната термодинамика

Това е само предварителен преглед

За да разгледате всички страници от този документ натиснете тук.

Теми по Биофизика

Съкратени теми по биофизика, които могат да бъдат полезни на студенти, подготвящи се за изпит...
Изпратен от:
senada95
на 2016-03-29
Добавен в:
Лекции
по Биофизика
Статистика:
80 сваляния
виж още
Материалът се намира в следните категории:
Лекции по Биофизика от София за Студенти несваляни с над 20 страници Други
 
 

Теми по Биофизика

Материал № 1231897, от 29 мар 2016
Свален: 80 пъти
Прегледан: 76 пъти
Предмет: Биофизика, Биология
Тип: Лекция
Брой страници: 36
Брой думи: 8,319
Брой символи: 53,908

Потърси помощ за своята домашна:

Имаш домашна за "Теми по Биофизика"?
Намери бързо решение, с помощтта на потребители на Pomagalo.com:

Последно видяха материала