Полная версия

Главная arrow География arrow БИОХИМИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Первый закон термодинамики

Первый закон термодинамики представляет собой строгую количественную основу для анализа энергетики различных систем.

Приращение внутренней энергии системы (АЕ) в некотором процессе равно теплоте (Q), полученной системой, + работа (W), совершенная над системой в этом процессе:

где Q - теплота, подведенная к системе; W - работа, совершенная над системой, АЕ = Е2-Е.

В биологических системах теплота обычно отдается системой во внешнюю среду, а работа совершается системой за счет убыли внутренней энергии. Убыль внутренней энергии системы происходит за счет теплоты Q, отданной системой, и работы Wy совершенной системой. Поэтому математическую запись первого закона термодинамики в биологических системах удобно представить в виде

Кроме того, строго говоря, для открытых систем надо учитывать, что внутренняя энергия - величина экстенсивная и зависит от массы системы. Поэтому первый закон термодинамики для открытых систем записывается в виде

где Ет - энергия, связанная с изменением массы системы.

Первый закон термодинамики вытекает из более общего закона сохранения энергии и является количественным выражением этого важнейшего закона природы.

В зависимости от условий протекания процесса в системе используют различные функции состояния. При этом вместо сложных систем для получения выводов о превращениях массы и энергии используют упрощенные модели. Так, например, термодинамические процессы при совершении работы поднятия человеком груза можно смоделировать с помощью цилиндра с поршнем. В цилиндре окисляется глюкоза и выделяющийся углекислый газ и вода совершают работу, поднимая поршень с грузом. Давление в системе при этом поддерживается постоянным и равным внешнему. Такие процессы, протекающие при р = const, называются изобарными.

Как известно, работа расширения, совершаемая при изобарном процессе, равна W = - рДК, где AV - приращение объема системы, равное разности объемов в начальном и конечном состояниях (V2 - V).

Подставляя данное выражение для работы расширения в уравнение (11.1) и проведя несложные преобразования, получаем

где Qp - теплота изобарного процесса, 1,2- индексы, относящиеся к началу и концу процесса соответственно.

Величина (Е + pV) определена как функция состояния системы - энтальпия (Н).

Тогда уравнение (11.3) можно записать в виде

Из выражения (11.3) следует, что энтальпия - функция состояния, приращение которой равно теплоте, полученной системой в изобарном процессе.

Измерение приращения энтальпии в некотором процессе может быть осуществлено при проведении этого процесса в калориметре при постоянном давлении.

В случае, когда изменение состояния системы происходит при постоянном объеме, процесс называют изохорным. Изменение объема равно нулю (Д V= 0), и соответственно работа расширения W = = 0. Тогда из 11.1 следует:

Таким образом, внутренняя энергия - функция состояния, приращение которой равно теплоте (Qy), полученной системой в изо- хорном процессе.

Следовательно, изменение внутренней энергии в некотором процессе может быть измерено при проведении его в калориметре при постоянном объеме:

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>