823 matches
-
se fixează un anumit punct ca reper. Acest punct se alege punctul triplu al apei (adică temperatura la care coexistă cele trei faze: gazoasă, lichidă și solidă), care are valoarea Ttriplu=273,15K. IV.1.2.2. Principiul I al termodinamicii Principiul I al termodinamicii este principiul conversiei energiei și constituie o extindere a legii conservării energiei. A fost formulat datorită lucrărilor medicului Robert Mayer, care, mergând la tropice, a făcut observații asupra sângelui, remarcând diferențe față de zona mai rece din
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
punct ca reper. Acest punct se alege punctul triplu al apei (adică temperatura la care coexistă cele trei faze: gazoasă, lichidă și solidă), care are valoarea Ttriplu=273,15K. IV.1.2.2. Principiul I al termodinamicii Principiul I al termodinamicii este principiul conversiei energiei și constituie o extindere a legii conservării energiei. A fost formulat datorită lucrărilor medicului Robert Mayer, care, mergând la tropice, a făcut observații asupra sângelui, remarcând diferențe față de zona mai rece din care venea. în zonele
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
rece din care venea. în zonele mai calde consumul de oxigen este mai mic pentru că organismul are nevoie de mai puțină energie metabolică pentru menținerea temperaturii corpului. Pentru a explicita acest principiu vom prezenta mai întâi câteva noțiuni fundamentale din termodinamică. Energia internă a unui sistem se compune din energia cinetică a moleculelor aflate într-o continuă mișcare dezordonată. într-un gaz ideal energia internă este suma energiilor de translație, de rotație și de vibrație a moleculelor. Enegia internă este o
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
presiune asupra pistonului și îl împinge astfel că acesta se deplasează pe distanța infinitezimală Lucrul mecanic elementar este după definție Dar cum forța care acționează asupra pistonului este pSF = (p fiind presiunea exercitată de gaz) rezultă că: Principiul I al termodinamicii a fost formulat prima dată de către medicul german R. Mayer și acesta afirmă că: a) Dacă sistemul se consideră izolat adiabatic (adică nu se face schimb de căldură cu mediul inconjurator), 0=Qδ și: b) Dacă sistemul nu este izolat
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
german R. Mayer și acesta afirmă că: a) Dacă sistemul se consideră izolat adiabatic (adică nu se face schimb de căldură cu mediul inconjurator), 0=Qδ și: b) Dacă sistemul nu este izolat adiabatic, pentru procese infinitezimale principiul I al termodinamicii se scrie: Dacă se înlocuiește expresia lucrului mecanic din formula (IV.6), atunci se obține principiul I al termodinamicii Principiul I al termodinamicii are forma locală: Sub forma globală principiul I al termodinamicii se poate scrie: Din expresia ( IV.8
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
de căldură cu mediul inconjurator), 0=Qδ și: b) Dacă sistemul nu este izolat adiabatic, pentru procese infinitezimale principiul I al termodinamicii se scrie: Dacă se înlocuiește expresia lucrului mecanic din formula (IV.6), atunci se obține principiul I al termodinamicii Principiul I al termodinamicii are forma locală: Sub forma globală principiul I al termodinamicii se poate scrie: Din expresia ( IV.8) sau (IV.9) pentru principiul I al termodinamicii rezultă o concluzie asupra funcționării mașinilor termice. Dacă într-o mașină
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
inconjurator), 0=Qδ și: b) Dacă sistemul nu este izolat adiabatic, pentru procese infinitezimale principiul I al termodinamicii se scrie: Dacă se înlocuiește expresia lucrului mecanic din formula (IV.6), atunci se obține principiul I al termodinamicii Principiul I al termodinamicii are forma locală: Sub forma globală principiul I al termodinamicii se poate scrie: Din expresia ( IV.8) sau (IV.9) pentru principiul I al termodinamicii rezultă o concluzie asupra funcționării mașinilor termice. Dacă într-o mașină termică substanța de lucru
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
adiabatic, pentru procese infinitezimale principiul I al termodinamicii se scrie: Dacă se înlocuiește expresia lucrului mecanic din formula (IV.6), atunci se obține principiul I al termodinamicii Principiul I al termodinamicii are forma locală: Sub forma globală principiul I al termodinamicii se poate scrie: Din expresia ( IV.8) sau (IV.9) pentru principiul I al termodinamicii rezultă o concluzie asupra funcționării mașinilor termice. Dacă într-o mașină termică substanța de lucru efectuează un ciclu de transformări după care revine în poziția
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
mecanic din formula (IV.6), atunci se obține principiul I al termodinamicii Principiul I al termodinamicii are forma locală: Sub forma globală principiul I al termodinamicii se poate scrie: Din expresia ( IV.8) sau (IV.9) pentru principiul I al termodinamicii rezultă o concluzie asupra funcționării mașinilor termice. Dacă într-o mașină termică substanța de lucru efectuează un ciclu de transformări după care revine în poziția inițială, deci și ca urmare se poate obține lucru mecanic numai pe baza schimbului de
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
pe baza schimbului de căldură cu exteriorul. Este imposibilă construcția unui perpetuum mobile de speța I, adică a unei mașini care să producă lucru mecanic fără a primi energie. Aceasta este de fapt o altă formulare a principiului I al termodinamicii. IV.1.2.3. Determinarea intensității metabolismului bazal în cazul sistemelor biologice, care sunt sisteme deschise, acestea schimbă energie cu mediul exterior, aceasta fiind energia chimică a alimentelor. Aplicarea principiul I al termodinamicii în cazul unui organism, conduce la enunțarea
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
o altă formulare a principiului I al termodinamicii. IV.1.2.3. Determinarea intensității metabolismului bazal în cazul sistemelor biologice, care sunt sisteme deschise, acestea schimbă energie cu mediul exterior, aceasta fiind energia chimică a alimentelor. Aplicarea principiul I al termodinamicii în cazul unui organism, conduce la enunțarea următorului bilanț: Energia preluată din mediu este egală cu suma: unde: este Lucrul mecanic efectuat ∆Q este căldura produsă de organism ∆ este energia depozitată în rezervele organismului. Deoarece nu se pot măsura cu
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
energia utilizată. Determinarea producerii de căldură în organism constituie testul clinic al intensității metabolismului bazal. Acesta reprezintă valoarea de referință față de care se raportează efectul diferiților factori care influențează metabolismul energetic. IV.1.2.4. Principiul al II-lea al termodinamicii Conform primului principiu al termodinamicii nu este posibil un proces în care nu se conservă energia. Există însă procese care respectă această lege și totuși nu se petrec în realitate. De exemplu, căldura trece de la corpul mai cald la corpul
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
căldură în organism constituie testul clinic al intensității metabolismului bazal. Acesta reprezintă valoarea de referință față de care se raportează efectul diferiților factori care influențează metabolismul energetic. IV.1.2.4. Principiul al II-lea al termodinamicii Conform primului principiu al termodinamicii nu este posibil un proces în care nu se conservă energia. Există însă procese care respectă această lege și totuși nu se petrec în realitate. De exemplu, căldura trece de la corpul mai cald la corpul mai rece, invers însă nu
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
realitate. De exemplu, căldura trece de la corpul mai cald la corpul mai rece, invers însă nu se relizează niciodată de la sine (fără consum energetic din afară). Experiența arată că procesele se produc într-un sens bine determinat. Principiul I al termodinamicii nu dă însă nici o explicație în acest sens. Procesele care se petrec numai într-un anumit sens se numesc ireversibile. Dacă un sistem trece dintr-o stare A în starea B și la revenirea în starea inițială, starea mediului înconjurător
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
este în echilibru (are gradient de concentrație, temperatură) evoluează întotdeauna în sensul trecerii spre starea de echilibru. Căldura nu trece de la sine de la corpul mai rece la corpul mai cald este formularea lui Clausius pentru principiul al II-lea al termodinamicii. Pentru definirea matematică a acestui principiu Clausius introduce o funcție de stare (așa cum este energia internă pentru principiul I al termodinamicii) entropia, S. Principiul al II-lea al termodinamicii afirmă că în timpul proceselor naturale entropia unui sistem izolat crește, atingând valoarea
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
de la sine de la corpul mai rece la corpul mai cald este formularea lui Clausius pentru principiul al II-lea al termodinamicii. Pentru definirea matematică a acestui principiu Clausius introduce o funcție de stare (așa cum este energia internă pentru principiul I al termodinamicii) entropia, S. Principiul al II-lea al termodinamicii afirmă că în timpul proceselor naturale entropia unui sistem izolat crește, atingând valoarea maximă la echilibru termodinamic. Acest principiu se scrie sub forma: Semnul “>” se referă la procesele ireversibile iar semnul de egalitate
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
mai cald este formularea lui Clausius pentru principiul al II-lea al termodinamicii. Pentru definirea matematică a acestui principiu Clausius introduce o funcție de stare (așa cum este energia internă pentru principiul I al termodinamicii) entropia, S. Principiul al II-lea al termodinamicii afirmă că în timpul proceselor naturale entropia unui sistem izolat crește, atingând valoarea maximă la echilibru termodinamic. Acest principiu se scrie sub forma: Semnul “>” se referă la procesele ireversibile iar semnul de egalitate se referă la cele reversibile. Principiul al II
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
în timpul proceselor naturale entropia unui sistem izolat crește, atingând valoarea maximă la echilibru termodinamic. Acest principiu se scrie sub forma: Semnul “>” se referă la procesele ireversibile iar semnul de egalitate se referă la cele reversibile. Principiul al II-lea al termodinamicii se mai numește principiul creșterii entropiei. Clausius a definit entropia pentru procesele reversibile sub forma: iar pentru cele ireversibile Deci pentru procesele reversibile căldura schimbată într-un proces termodinamic este: Semnificația geometrică a căldurii ântr-un sistem de axe temperatură entropie
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
diagrama P-V, adică ea este aria suprafeței delimitată de curba transformării și axa OS. Diagrama interpretării geometrice a căldurii drept suprafața hașurata Atunci pentru procesele reversibile, din (IV.8 ) și (IV.13) se obține Expresia ( IV.16) este ecuația termodinamicii Alte formulări ale principiului al II-lea al termodinamicii vor fi prezentate în continuare, pe baza studiului celei mai importante aplicații a fenomenelor termice, motorul termic. IV.1.2.5. Ciclul Carnot Cea mai importantă aplicație a principiilor temodinamicii este
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
de curba transformării și axa OS. Diagrama interpretării geometrice a căldurii drept suprafața hașurata Atunci pentru procesele reversibile, din (IV.8 ) și (IV.13) se obține Expresia ( IV.16) este ecuația termodinamicii Alte formulări ale principiului al II-lea al termodinamicii vor fi prezentate în continuare, pe baza studiului celei mai importante aplicații a fenomenelor termice, motorul termic. IV.1.2.5. Ciclul Carnot Cea mai importantă aplicație a principiilor temodinamicii este motorul termic. Acesta a fost construit de inginerul francez
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
motorului termic ce funcționează după un astfel de ciclu este: unde L este lucrul mecanic produs de motor iar Q căldura primită de motor. întrucât ciclul este închis, variația totală de energie internă este nulă și, conform principiului I al termodinamicii, Q1 fiind căldura primită de la izvorul cald iar Q2 căldura cedată izvorului rece. Dar conform definiției (IV.15 ) se poate scrie: Aici T1 și T2 reprezintă temperatura izvorului cald, respectiv rece iar S1 și S2 entropiile în stările respective. Pentru
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
poate fi ∞ și nici T2 nu poate fi 0. Kelvin a arătat că nu se poate efectua un proces în care să se transforme complet căldura în lucru mecanic, ceea ce constituie o altă formulare pentru principiul al II-lea al termodinamicii. ♦ Un motor funcționează cu două izvoare de căldură. Această concluzie conduce la o altă formulare a principiului al II-lea al termodinamicii. Este imposibilă construcția unui perpetuum mobile de speța II-a , o mașină care ar da energie (lucru mecanic
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
se transforme complet căldura în lucru mecanic, ceea ce constituie o altă formulare pentru principiul al II-lea al termodinamicii. ♦ Un motor funcționează cu două izvoare de căldură. Această concluzie conduce la o altă formulare a principiului al II-lea al termodinamicii. Este imposibilă construcția unui perpetuum mobile de speța II-a , o mașină care ar da energie (lucru mecanic) pe seama răcirii unui singur rezervor termic. De exemplu, nu se poate realiza un motor care să lucreze pe seama răcirii apei oceanelor. Deci
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
randamentului (IV.21) și după (IV.18 ) și (IV.19) se găsește valoarea Spre deosebire de randamentul motorului Carnot, K poate fi și supraunitar. Avem de fapt două cazuri: K >1 pentru pentru IV.1.2.8. Principiul al III-lea al termodinamicii Principiul al II-lea al termodinamicii nu face nici o precizare cu privire la comportarea sistemelor în vecinătatea temperaturii de zero absolut (00K) și posibilitatea atingerii acestei temperaturi. Principiul al III-lea al termodinamicii se referă la entropia unui sistem a cărui temperatură
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
18 ) și (IV.19) se găsește valoarea Spre deosebire de randamentul motorului Carnot, K poate fi și supraunitar. Avem de fapt două cazuri: K >1 pentru pentru IV.1.2.8. Principiul al III-lea al termodinamicii Principiul al II-lea al termodinamicii nu face nici o precizare cu privire la comportarea sistemelor în vecinătatea temperaturii de zero absolut (00K) și posibilitatea atingerii acestei temperaturi. Principiul al III-lea al termodinamicii se referă la entropia unui sistem a cărui temperatură tinde la 00 K. Principiul al
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]