Bài giảng Nhiệt động học các hệ sinh vật - ThS. Đặng Vũ Hoàng

Bài giảng Nhiệt động học các hệ sinh vật do ThS. Đặng Vũ Hoàng thực hiện, trình bày về nguyên lý I, nguyên lý II, hiệu ứng năng lượng, sự chuyển hóa, chiều hướng nhiệt động các hệ sinh vật, hệ cô lập, hệ mở và hệ kính. Đây là tài liệu tham khảo thuộc chuyên ngành Sinh học.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Nhiệt động học các hệ sinh vật - ThS. Đặng Vũ HoàngNHIỆT ĐỘNG HỌC CÁC HỆ SINH VẬT ThS. Đặng Vũ Hoàng Phân viện Vật lý Y Sinh học. NHIỆT ĐỘNG HỌC CÁC HỆ SINH VẬTTài liệu :Giáo trình Vật lý Lý sinh (Học viện quân y 1986)– Vũ Công Lập 1986)–Lý sinh Y học (Đại học Y HN 1998) –Phan Sỹ AnМедицинская биофизика 1978 – Губанов Н. И. Н.Краткий справочник по физике 1978 – Карякин Н. И. Н.Nguyên lý I : dU = dQ + dANguyên lý II : khả năng xảy ra và chiềuhướng diễn biến của các quá trình nhiệtđộng.NHIỆT ĐỘNG HỌC CÁC HỆ SINH VẬTHiệu ứng năng lượngSự chuyển hóaChiều hướngTùy đặc tính tương tác với môi trường:1. Hệ cô lập2. Hệ mở3. Hệ kín Nguyên lý I“Trong một quá trình, nếu năng lượng ởdạng này biến đi thì năng lượng ở dạngkhác sẽ xuất hiện với lượng hoàn toàntương đương với giá trị của năng lượngdạng ban đầu”dU = dQ + dANăng lượng? Nhiệt?Công?• Công hóa học 1.Sơ 1.Sơ cấp• Công cơ học 2.Thứ 2.Thứ cấp• Công thẩm thấu ATP• Công điện E Ai Mặt trời, Q1 Q1 Đồ ăn Q2 ADP + ~ PBảo toàn năng lượng trong cơ thể sống:Cơ thể không phải là nguồn năng lượng mớiThức ăn Năng lượng = Công sinh ra bởi cơ thể oxy hoá Cô lập – Đo nhiệt lượng thải raThế kỷ 18: Lavoadie – LaplaceĐo trên chuột; E (oxy hoá thức ăn trong cơ thể) = E (đốt thức ăn trong nhiệt lượng kế)Etuvatơ: E thải ra (đo nhiệt trực tiếp) E vào (oxy hấp thụ, CO2, Nitơ, Urê … thải)  E vào =  E raĐưa vào (Kcal) Thải ra (Kcal)Thức ăn:56,8g protit 237 Q qua da 1374140g lipit 1307 Khí thở ra 4379,9g glucit 335 Phân và nước tiểu 23 Bay hơi đường hô hấp 181 Bay hơi qua da 227 Bổ chính 11 : 1879  1859 lipit → 9,3 Kcal1g glucit → 4,2 Kcal protit → 4,2 KcalĐịnh luật Herz: Q5 Q4 C D Q6 A B Q2 E Q3Q1 = Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6Ví dụ: C + O2 = CO2 + 97 Kcal/mol(-) CO + ½ O2 = CO2 + 68 Kcal/mol C + ½ O2 = CO + 29 Kcal/mol NGUYÊN LÝ II“Nhiệt không thể tự động truyền từ vật lạnh sang vật nóng”“Không thể có một quá trình biến đổi chuyển toàn bộ nhiệt lượng thành công”“Tự nhiên có xu hướng đi từ trạng thái có xác suất nhỏ đến trạng thái có xác suất lớn hơn”Mô tả hoạt động của máy nhiệt : • Cả chu trình kín thực hiện công ΔA = diện tích hình A1B2A • U1 là năng lượng của hệ ở A • U2 là năng lượng của hệ ở B • Khi dãn nở hệ nhận nhiệt lượng Q1 để thực hiện công A1. Ta có Q1=U2-U1+A1 • Khi nén hệ tỏa ra nhiệt lượng –Q2 và thực hiện công A2. Ta có –Q2=U1-U2+A2 • Công ΔA cả chu trình thực hiên = Q1-Q2 • Hiệu suất của máy = ΔA/Q1=(Q1- Q2)/Q1=1-Q2/Q1 =1-• Quá trình bất thuận nghịch : làm biến đổi môi trường xung quanh (thực hiện công)• Quá trình thuận nghịch : quá trình nghịch tiến hành theo chiều ngược lại và trải qua tất cả các trạng thái trung gian như quá trình thuận, nhận năng lượng bao nhiêu trong quá trình thuận thì cũng trả lại môi trường bấy nhiêu trong quá trình nghịch, vì vậy không biến đổi môi trường xung quanh.• Nhiệt năng  Năng lượng khác• Lí do : năng lượng nhiệt liên quan tới chuyển động hỗn loạn của các hạt vi mô trong khi mọi dạng năng lượng khác lại gắn bó với những chuyển động có trật tự của chúng• Các quá trình tự nhiên không thuận nghịch : Năng lượng từ mức cao đến mức thấp Giảm các Gradien Giảm độ trật tự của hệ cô lập Phân tán 1 phần năng lượng dưới dạng nhiệt. Phần năng lượng này càng lớn thì tính không thuận nghịch càng cao.Gradien• Gradien của hàm f : véc tơ cho ta biết mức độ thay đổi của đại lượng f• Trong không gian 3 chiều : grad(f) là vec tơ gồm 3 thành phần [∂f/∂x; ∂f/∂y; ∂f/∂z] cho ta [∂f/∂ f/∂ f/∂ biết mức độ thay đổi của f trong không gian cả về độ lớn và hướng.• Ví dụ: trong hệ sinh vật có rất nhiều gradien ...