524 matches
-
a pielii se intensifică. De asemenea, se intensifică acțiunea glandelor sudoripare. Animalele care nu au glande sudoripare, elimină apa prin plămâni și secretă salivă. Prin evaporarea apei este frânată la homeoterme ridicarea temperaturii corpului. IV.1.4. Potențiale termodinamice Potențialele termodinamice caracterizează sensul de evoluție a diferitelor procese termodinamice. Din definiția entropiei și a principiului al II lea al termodinamicii rezultă: sau Dar conform principiului I al termodinamicii obținem: 0 (IV.34) ≤−+ TdSpdVdU în cazul unui sistem care evoluează la volum
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
acțiunea glandelor sudoripare. Animalele care nu au glande sudoripare, elimină apa prin plămâni și secretă salivă. Prin evaporarea apei este frânată la homeoterme ridicarea temperaturii corpului. IV.1.4. Potențiale termodinamice Potențialele termodinamice caracterizează sensul de evoluție a diferitelor procese termodinamice. Din definiția entropiei și a principiului al II lea al termodinamicii rezultă: sau Dar conform principiului I al termodinamicii obținem: 0 (IV.34) ≤−+ TdSpdVdU în cazul unui sistem care evoluează la volum constant, aflat în legatură cu un termostat de
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
dF=0, deci energia liberă rămâne constantă. în cazul unui proces în care presiunea și temperatura rămân constante, pV se numește entalpie liberă sau potențial Gibbs iar mărimea: (IV.39) UH += se numeste entalpie. Relația (IV.37) afirmă că procesele termodinamice care au loc la presiune și temperatură constantă se desfașoară în sensul scăderii entalpiei libere. O schemă simplă ce ilustrează aceste potențiale este dată în Fig.IV.7. Alte aplicații ale principiilor termodinamicii sunt transformările simple ale gazelor care au
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
că: Putem caracteriza sistemul prin variația entropiei în unitatea de timp și unitatea de volum și să facem notația: σ se numeste producție de entropie. Principiul al II-lea al termodinamicii pentru procese ireversibile se enunță atunci: într-un proces termodinamic ireversibil producția de entropie este pretutindeni și permanent mai mare ca zero (σ > 0). Să găsim în cele ce urmează această producție de entropie. Pentru aceasta să considerăm un proces termodinamic (o reacție chimică de exemplu), pentru care ecuația fundamentală
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
pentru procese ireversibile se enunță atunci: într-un proces termodinamic ireversibil producția de entropie este pretutindeni și permanent mai mare ca zero (σ > 0). Să găsim în cele ce urmează această producție de entropie. Pentru aceasta să considerăm un proces termodinamic (o reacție chimică de exemplu), pentru care ecuația fundamentală a termodinamicii este: fiind potențialul chimic iar n numărul de particule din compusul i. iµ i Se modifică temperatura sistemului la T ′ , (componenții rămânând aceeași), variația de entropie va fi Sd
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
este: fiind potențialul chimic iar n numărul de particule din compusul i. iµ i Se modifică temperatura sistemului la T ′ , (componenții rămânând aceeași), variația de entropie va fi Sd ′dSdSi −= pentru producția de entropie se găsește: unde am definit fluxurile termodinamice de forma: Forțele termodinamice sunt niște gradienți. Deci cauza ireversibilității unor procese o reprezintă gradienții unor parametri intensivi (gradient de temperatură, potențial chimic, etc.). Producția de entropie mai poate fi scrisă sub forma: Se poate arăta că fluxurile termodinamice sunt
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
iar n numărul de particule din compusul i. iµ i Se modifică temperatura sistemului la T ′ , (componenții rămânând aceeași), variația de entropie va fi Sd ′dSdSi −= pentru producția de entropie se găsește: unde am definit fluxurile termodinamice de forma: Forțele termodinamice sunt niște gradienți. Deci cauza ireversibilității unor procese o reprezintă gradienții unor parametri intensivi (gradient de temperatură, potențial chimic, etc.). Producția de entropie mai poate fi scrisă sub forma: Se poate arăta că fluxurile termodinamice sunt proporționale cu forțele termodinamice
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
fluxurile termodinamice de forma: Forțele termodinamice sunt niște gradienți. Deci cauza ireversibilității unor procese o reprezintă gradienții unor parametri intensivi (gradient de temperatură, potențial chimic, etc.). Producția de entropie mai poate fi scrisă sub forma: Se poate arăta că fluxurile termodinamice sunt proporționale cu forțele termodinamice care le produc. Am arătat deja că, în cazul difuziei, fluxul de substanță este proporțional cu gradientul de concentrație: gradientul de concentrație fiind forța termodinamică ce produce fluxul de substanță. Se poate postula o liniaritate
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
termodinamice sunt niște gradienți. Deci cauza ireversibilității unor procese o reprezintă gradienții unor parametri intensivi (gradient de temperatură, potențial chimic, etc.). Producția de entropie mai poate fi scrisă sub forma: Se poate arăta că fluxurile termodinamice sunt proporționale cu forțele termodinamice care le produc. Am arătat deja că, în cazul difuziei, fluxul de substanță este proporțional cu gradientul de concentrație: gradientul de concentrație fiind forța termodinamică ce produce fluxul de substanță. Se poate postula o liniaritate între forțele termodinamice și fluxurile
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
cu forțele termodinamice care le produc. Am arătat deja că, în cazul difuziei, fluxul de substanță este proporțional cu gradientul de concentrație: gradientul de concentrație fiind forța termodinamică ce produce fluxul de substanță. Se poate postula o liniaritate între forțele termodinamice și fluxurile termodinamice, dacă forțele sunt slabe, deci sistemul se află în apropierea echilibrului. se numesc coeficienți fenomenologici și se pot scrie deci sub forma unei matrici. Atunci pentru producția de entropie se obține: Teorema Onsager afirmă că factorii Lij
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
care le produc. Am arătat deja că, în cazul difuziei, fluxul de substanță este proporțional cu gradientul de concentrație: gradientul de concentrație fiind forța termodinamică ce produce fluxul de substanță. Se poate postula o liniaritate între forțele termodinamice și fluxurile termodinamice, dacă forțele sunt slabe, deci sistemul se află în apropierea echilibrului. se numesc coeficienți fenomenologici și se pot scrie deci sub forma unei matrici. Atunci pentru producția de entropie se obține: Teorema Onsager afirmă că factorii Lij sunt simetrici. Teorema
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
obține: Teorema Onsager afirmă că factorii Lij sunt simetrici. Teorema Onsager este considerată de unii autori drept principiul al IV-lea al termodinamicii. IV.1.6. Semnificația entropiei. Entropie și ordine Evoluția ireversibilă a sistemelor izolate către starea de echilibru termodinamic poate fi descrisă cu ecuația lui Boltzmann. Boltzmann a avut o idee deosebită de a lega entropia, care este un concept macroscopic, de proprietățile microscopice dând astfel o interpretare statistică principiului al II-lea al termodinamicii. Să considerăm că avem
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
cu cât este mai dezordonat, entropia este mai mare. Cu acestă accepțiune, de indice al ordonării unui sistem, noțiunea de entropie este larg răspândită în diferite domenii ale științelor naturii și cu deosebire în cadrul sistemelor biologice. Spre deosebire de sistemele mecanice, sistemele termodinamice fac diferența între trecut și viitor, direcția scurgerii timpului fiind dată de creșterea entropiei, deci de creșterea dezordinii. Degradarea naturală și tendința generală de creștere a entropiei (spre o dezordine din ce în ce mai mare) sunt universale. Acesta este motivul pentru care, I.
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
energie va mări dezordinea universului cu circa douăzeci de milioane de milioane de milioane de ori mai mult decât creșterea ordinii din creierul cititorului. IV.1.7. Sistemele biologice ca structuri disipative Din punct de vedere al structurii lor, sistemele termodinamice pot fi de două feluri: a) Structuri de echilibru (cristale) apărute prin scăderea entropiei produsă de scăderea temperaturii. b) Structuri disipative, care se mențin numai în cadrul unui schimb continuu de energie (disipare de energie). Procesele, din punct de vedere al
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
cu scăderea entropiei, astfel încât în ansamblu entropia să crească. Orice proces care se desfășoară însă împotriva sensului spontan de creștere a entropiei trebuie să consume energie. IV.1.7.4. Teorema Prigogine Glandsdorf Dacă prin intermediul unei acțiuni din afară, forțele termodinamice sunt menținute constante, sistemul nu ajunge la starea de echilibru termodinamic (când forțele termodinamice sunt nule), ci ajunge într-o stare de echilibru dinamic, când toate mărimile sunt constante. Starea staționară este acea stare în care forțele și fluxurile termodinamice
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
care se desfășoară însă împotriva sensului spontan de creștere a entropiei trebuie să consume energie. IV.1.7.4. Teorema Prigogine Glandsdorf Dacă prin intermediul unei acțiuni din afară, forțele termodinamice sunt menținute constante, sistemul nu ajunge la starea de echilibru termodinamic (când forțele termodinamice sunt nule), ci ajunge într-o stare de echilibru dinamic, când toate mărimile sunt constante. Starea staționară este acea stare în care forțele și fluxurile termodinamice care acționează într-un sistem termodinamic rămân constante în timp. în
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
însă împotriva sensului spontan de creștere a entropiei trebuie să consume energie. IV.1.7.4. Teorema Prigogine Glandsdorf Dacă prin intermediul unei acțiuni din afară, forțele termodinamice sunt menținute constante, sistemul nu ajunge la starea de echilibru termodinamic (când forțele termodinamice sunt nule), ci ajunge într-o stare de echilibru dinamic, când toate mărimile sunt constante. Starea staționară este acea stare în care forțele și fluxurile termodinamice care acționează într-un sistem termodinamic rămân constante în timp. în starea staționară sistemul
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
termodinamice sunt menținute constante, sistemul nu ajunge la starea de echilibru termodinamic (când forțele termodinamice sunt nule), ci ajunge într-o stare de echilibru dinamic, când toate mărimile sunt constante. Starea staționară este acea stare în care forțele și fluxurile termodinamice care acționează într-un sistem termodinamic rămân constante în timp. în starea staționară sistemul elimină în exterior toată entropia pe care o produce în procesele ireversibile din interiorul său. Teorema Prigogine Glandsdorf afirmă că într-o stare staționară, aproape de echilibru
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
ajunge la starea de echilibru termodinamic (când forțele termodinamice sunt nule), ci ajunge într-o stare de echilibru dinamic, când toate mărimile sunt constante. Starea staționară este acea stare în care forțele și fluxurile termodinamice care acționează într-un sistem termodinamic rămân constante în timp. în starea staționară sistemul elimină în exterior toată entropia pe care o produce în procesele ireversibile din interiorul său. Teorema Prigogine Glandsdorf afirmă că într-o stare staționară, aproape de echilibru, producția de entropie este minimă. Această
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
toată entropia pe care o produce în procesele ireversibile din interiorul său. Teorema Prigogine Glandsdorf afirmă că într-o stare staționară, aproape de echilibru, producția de entropie este minimă. Această teoremă este forma generală a criteriului evoluției și arată că forțele termodinamice se modifică astfel încât producția de entropie a sistemului să fie cât mai mică. Datorită gradului înalt de generalizare, aceată lege a fost denumită “criteriul universal al evoluției”, în sensul că sistemul se adaptează și regăsește în maniera necesară, starea staționară
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
care sunt caracterizate de stări staționare. De exemplu, în cazul animalelor, parametrii fizico-chimici se modifică brusc la naștere, rămânând apoi aproximativ constanți când evoluează spre maturitate (între niște limite tolerabile). Deci organismul poate fi considerat un sistem pentru care forțele termodinamice sunt constante; el se găsește într-o stare staționară. în această stare, greutatea sa (ca și alte caracteristici) rămâne constantă și prezintă un maxim de rezistență față de perturbatorii externi. Pentru ca funcțiile celulare să se mențină staționare, la organismele superioare s-
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
răcească. IV.1.8. Sisteme cu autoorganizare în cazul sistemelor care evoluează în apropierea echilibrului, în regim liniar, acestea tind să ajungă în starea staționară, care este stabilă. în starea staționară, fluctuațiile nu pot afecta comportarea sistemului. Departe de echilibrul termodinamic, însă, când forțele termodinamice sunt mari, în domeniul neliniar, în prezența fluctuațiilor, unele sisteme se restructurează ca răspuns la constrângerile impuse de mediul exteror și pot deveni structuri organizate, ordonate. Aceste sisteme se numesc sisteme cu autoorganizare. Deci ordinea temporală
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
Sisteme cu autoorganizare în cazul sistemelor care evoluează în apropierea echilibrului, în regim liniar, acestea tind să ajungă în starea staționară, care este stabilă. în starea staționară, fluctuațiile nu pot afecta comportarea sistemului. Departe de echilibrul termodinamic, însă, când forțele termodinamice sunt mari, în domeniul neliniar, în prezența fluctuațiilor, unele sisteme se restructurează ca răspuns la constrângerile impuse de mediul exteror și pot deveni structuri organizate, ordonate. Aceste sisteme se numesc sisteme cu autoorganizare. Deci ordinea temporală sau spațială apare departe
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
în domeniul neliniar, în prezența fluctuațiilor, unele sisteme se restructurează ca răspuns la constrângerile impuse de mediul exteror și pot deveni structuri organizate, ordonate. Aceste sisteme se numesc sisteme cu autoorganizare. Deci ordinea temporală sau spațială apare departe de echilibrul termodinamic. La echilibru termodinamic, predomină dezordinea. în natură se întâlnesc structuri care comportă două tipuri de ordine: ordine statică și ordine dinamică. în primul caz ordinea se realizează în condiții de echilibru termodinamic, la o temperatură suficient de joasă (de exemplu
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
în prezența fluctuațiilor, unele sisteme se restructurează ca răspuns la constrângerile impuse de mediul exteror și pot deveni structuri organizate, ordonate. Aceste sisteme se numesc sisteme cu autoorganizare. Deci ordinea temporală sau spațială apare departe de echilibrul termodinamic. La echilibru termodinamic, predomină dezordinea. în natură se întâlnesc structuri care comportă două tipuri de ordine: ordine statică și ordine dinamică. în primul caz ordinea se realizează în condiții de echilibru termodinamic, la o temperatură suficient de joasă (de exemplu cristalizarea unui lichid
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]