Живые организмы и первое начало термодинамики.
Термодинамикой называют раздел науки и техники, исследующий процессы преобразования и использования энергии.
Так как все без исключения жизненные процессы связаны с преобразованиями энергии в живых организмах, термодинамика имеет большое значение и в биологических науках; в этом плане говорят о биологической термодинамике.
Первое начало термодинамики
Представляет собой закон сохранения энергии.
Он гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, она лишь переходит из одного вида в другой в различных физических процессах.
Отсюда следует, что внутренняя энергия изолированной системы остается неизменной.
В случае закрытых систем изменение внутренней энергии системы (ΔU) может происходить двумя способами:
1) путем совершения работы (А) системой или над системой;
2) посредством передачи тепла (Q).
ΔU=Q – A или Q = ΔU + A
(Тепло, переданное системе, идет на изменение внутренней энергии и совершение работы.)
|
|
Правило знаков:
Ø +Q – тепло, поступающее в систему;
Ø -Q – тепло, отдаваемое системой;
Ø +А – работа, совершаемая системой над окружающими телами;
Ø -А – работа, совершаемая окружающими телами над системой.
Формулировка первого закона термодинамики для живых систем
Все виды работы, совершаемые в живом организме, совершаются за счет энергии АТФ.
АТФ – это универсальный источник энергии.
Первый закон термодинамики полностью применим к живым организмам.
Для живых систем он формулируется следующим образом:
Все виды работ в организме совершаются за счет эквивалентного количества энергии, выделяющейся при окислении питательных веществ.
Организм теплокровных животных имеет постоянную температуру, и химический состав его в среднем не изменяется, поэтому ΔU=0.
Тогда уравнение имеет вид: Wпищи = Q + A
Опытная проверка применимости первого закона для живых систем проводилась в специальных биокалориметрах, где измерялась теплота, выделенная организмом в процессах метаболизма, при испарениях, а также вместе с продуктами выделения.
Оказалось, что выделенная организмом теплота полностью соответствует энергии, поглощенной вместе с питательными веществами.
Справедливость первого закона термодинамики для живых систем означает, что сам по себе организм не является независимым источником какой-либо новой энергии.
Историческая справка-работа Майера. Изменение внутренней энергии живого организма.
Работа Майера
В 1840-1841 годах Роберт Майер работал врачом на голландском судне, направлявшемуся к острову Ява. Во время пребывания в тропиках, он заметил изменение цвета венозной крови у своих пациентов по сравнению с цветом крови, какой она бывает в Европе... Размышляя, он пришёл к выводу, что в тропиках организму для поддержания температуры нужно «сжигать» меньше вещества, чем в Европе и существует некая связь между потреблением вещества и выделением тепла… (На современном языке это звучало бы примерно так: механическая работа и теплота в энергетическом смысле эквиваленты).
|
|
Энергия Е(U)– количественная мера определенного вида движения материи при ее превращении из одного вида в другой. Энергия всегда определяет способность системы совершать работу.