Формулировка первого закона термодинамики: в изолированной термодинамической системе полный запас энергии есть величина постоянная и возможны только превращения одного вида энергии в другой в эквивалентных соотношениях. U=const. ∆U=0.
Формулировка первого начала термодинамики для закрытых систем: теплота, подведённая к системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и на совершение работы против внешних сил. ᵟQ=dU+ᵟA.
Q и A не являются функциями состояния системы.
U является функцией состояния системы (полностью определяется параметрами системы данной точки и не зависит от пути перехода).
Доказательство, что энергетический баланс живого организма находится в полном соответствии с законом сохранения энергии (первым законом термодинамики).
Лавуазье и Лаплас доказали применимость к живым организмам. Колориметр – прибор, измеряющий теплоту, которую выделяет живой организм. В камеру помещали морскую свинку, вокруг камеры находился изолятор – лёд. По количеству растаявшего льда определяли сколько теплоты выделило животное. Потом жгли объём пищи, потребляемый животным. Определили теплоту при сжигании. Обе теплоты были примерно равны. Потом это доказали и на человеке в колориметрических комнатах.
|
|
Следствие первого закона т/д: тепловой эффект химической реакции, которая протекает в стадии, не зависит от теплового эффекта стадий, а зависит от разницы теплосодержания продуктов реакции и начальных веществ. Расхождение в том, что теплота не свойство функции. При выполнении ряда условий функции не состояния системы могут выполнять свойства функции состояний системы.
Второй закон термодинамики: в изолированной системе самопроизвольно протекающие процессы могут происходить только в направлении перехода энергии от более высокого к более низкому уровню.
Энтропия S=Q/T. Характеризует то количество энергии, которое необратимо переходит в тепловую форму при протекании процессов. Мера упорядоченности системы. S=klnW, k – константа Больцмана, W – термодинамическая вероятность. Т/д вероятность характеризует число микро состояний системы, в которых может быть реализовано данное макросостояние. Чем выше S, тем более неупорядоченная система.
Во всех осуществляющихся в природе замкнутых системах энтропия никогда не убывает — она увеличивается или, в предельном случае, остается постоянной — все процессы, происходящие с макроскопическими телами, можно разделить на необратимые и обратимые.
Под необратимыми подразумеваются процессы, сопровождающиеся возрастанием энтропии всей замкнутой системы. Процессы, которые были бы их повторениями в обратном порядке — не могут происходить, так как при этом энтропия должна была бы уменьшиться.
|
|
Обратимыми же называют процессы, при которых термодинамическая энтропия замкнутой системы остается постоянной. (Энтропия отдельных частей системы при этом не обязательно будет постоянной.) Противоречия:
Дыхание и брожение – в качестве примеров приложимости второго закона. Фотосинтез – в качестве примера неприложимости. В биосистемах протекают процессы, при которых энергия в соответствии с этим принципом переходит с более высокого на более низкий уровень. Это, например, процесс дыхания. В ходе его богатые энергией соединения (углеводы) распадаются до простых низкоэнергетических веществ - воды и углекислоты, а выделившаяся свободная энергия используется для протекания других процессов (например, синтеза АТФ). Однако хорошо известно, что в живых системах осуществляются и такие процессы, в ходе которых энергия переходит с более низкого на более высокий уровень. Так, например, происходит при фотосинтезе. Здесь, как известно, из простых бедных энергией соединений углекислоты и воды при участии квантов света синтезируются вещества (например, углеводы), содержащие значительный запас свободной энергии.