822 matches
-
dependentă și de temperatură. Ea este o reacție catalizată de enzime și când enzimele sunt la temperatura lor optimă, rata fotosintezei crește. Sub temperatura optimă, rata fotosintezei începe să descrească și apoi încetează. CAPITOLUL IV BIOFIZICA SISTEMELOR BIOLOGICE IV.1. TERMODINAMICA BIOLOGICĂ Unul din factorii abiotici cu profunde implicații pentru organisme este temperatura. însăși apariția vieții a fost posibilă la o anumită temperatură. De acest factor depinde existența vieții pe pământ și tot ea influențează una dintre cele mai importante proprietăți
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
abiotici cu profunde implicații pentru organisme este temperatura. însăși apariția vieții a fost posibilă la o anumită temperatură. De acest factor depinde existența vieții pe pământ și tot ea influențează una dintre cele mai importante proprietăți ale sistemelor vii, metabolismul. Termodinamica biologică se ocupă cu studiul proprietăților fizice ale sistemelor biologice din punct de vedere al conversiei energiei și al fenomenelor termice. IV.1.1. Sisteme termodinamice Sistemele biologice constau dintr-un număr mare de componente (atomi și molecule) aflate în
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
această ecuație de stare este legea gazului ideal: în (IV.1) M este masa moleculară a gazului iar T este temperatura sa absolută. Dacă și în mecanică apar noțiuni ca masa, presiunea (după cum am văzut în capitolul I), specifică pentru termodinamică este temperatura. Pentru ca două sisteme să se afle în echilibru termic este necesar și suficient ca temperaturile lor să fie egale. IV.1.2. Principiile termodinamicii IV. 1.2.1. Principiul 0 al termodinamicii Principiul 0 al termodinamicii este principiul
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
mecanică apar noțiuni ca masa, presiunea (după cum am văzut în capitolul I), specifică pentru termodinamică este temperatura. Pentru ca două sisteme să se afle în echilibru termic este necesar și suficient ca temperaturile lor să fie egale. IV.1.2. Principiile termodinamicii IV. 1.2.1. Principiul 0 al termodinamicii Principiul 0 al termodinamicii este principiul tranzitivității și afirmă că, dacă sistemul A este în echilibru cu sistemul B iar B este în echilibru termic cu sistemul C, atunci sistemul A este
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
văzut în capitolul I), specifică pentru termodinamică este temperatura. Pentru ca două sisteme să se afle în echilibru termic este necesar și suficient ca temperaturile lor să fie egale. IV.1.2. Principiile termodinamicii IV. 1.2.1. Principiul 0 al termodinamicii Principiul 0 al termodinamicii este principiul tranzitivității și afirmă că, dacă sistemul A este în echilibru cu sistemul B iar B este în echilibru termic cu sistemul C, atunci sistemul A este în echilibru cu sistemul C. Principiul 0 al
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
specifică pentru termodinamică este temperatura. Pentru ca două sisteme să se afle în echilibru termic este necesar și suficient ca temperaturile lor să fie egale. IV.1.2. Principiile termodinamicii IV. 1.2.1. Principiul 0 al termodinamicii Principiul 0 al termodinamicii este principiul tranzitivității și afirmă că, dacă sistemul A este în echilibru cu sistemul B iar B este în echilibru termic cu sistemul C, atunci sistemul A este în echilibru cu sistemul C. Principiul 0 al termodinamicii stă la baza
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
Principiul 0 al termodinamicii este principiul tranzitivității și afirmă că, dacă sistemul A este în echilibru cu sistemul B iar B este în echilibru termic cu sistemul C, atunci sistemul A este în echilibru cu sistemul C. Principiul 0 al termodinamicii stă la baza măsurării temperaturii comparându-se temperatura corpului a cărui temperatură vrem să o determinăm cu un etalon, care este termometrul. Pentru a măsura temperatura se folosesc diferite fenomene, deci există diferite tipuri de termometre. La baza funcționării acestor
BIOFIZICA by Servilia Oancea () [Corola-publishinghouse/Science/533_a_1006]
-
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]