Documente online.
Username / Parola inexistente
  Zona de administrare documente. Fisierele tale  
Am uitat parola x Creaza cont nou
  Home Exploreaza
Upload



















































ELEMENTE DE TERMODINAMICĂ BIOLOGICĂ

Biofizica










ALTE DOCUMENTE

Receptori si traductori de informatie īn membranele biologice, semnalizare intercelulara
ELEMENTE DE BIOFIZICA ANALIZORULUI VIZUAL
CLONAREA DE LA A LA Z
NOTIUNI DE FIZICA SISTEMELOR DISPERSE
Elemente de psihofizica
ELEMENTE DE TERMODINAMICĂ BIOLOGICĂ

Biofizica -  ć Conf. Dr. Constanta GANEA - Curs 4.2



ELEMENTE DE TERMODINAMICĂ BIOLOGICĂ

Notiuni generale.

Definitie. Īn acceptiunea originala, termodinamica este acea ramura a fizicii care se ocupa de relatiile īntre caldura (Q) si lucru mecanic (L), dar īntr-un sens mai larg, ea este stiinta care studiaza transformarile reciproce ale diferitelor forme de energie īn sistemele naturale si īn cele construite de om. Termodinamica biologica se ocupa cu studiul transformarilor de energie īn sistemele biologice.

Sisteme termodinamice.

Sistem - ansamblu de componente aflate īn interactiune, delimitate de mediul extern care īl īnconjoara.

Sistem termodinamic - sistem macroscopic alcatuit dintr-un numar foarte mare de atomi si molecule, aflate īn interactiune energetica atāt īntre ele cāt si cu mediul exterior.

Clasificarea sistemelor termodinamice:

-deschise - schimba cu exteriorul atāt energie cāt si substanta

- īnchise - schimba cu exteriorul numai energie

- izolate - nu au nici un fel de schimburi cu exteriorul, de care sunt separate prin pereti adiabatici.

            Sistemul izolat este o abstractizare, caz limita, util numai pentru simplificarea unor rationamente. Īn natura nu exista sisteme izolate.

Starea sistemului termodinamic - este reprezentata de totalitatea parametrilor sai de stare (care sunt marimi fizice masurabile)

Parametrii de stare sunt de doua feluri:

- intensivi - au valori definite īn orice punct al sistemului, care nu depind de dimensiuni (presiunea, concentratia, temperatura);

- extensivi - depind de dimensiunile sistemului si de cantitatea de substanta existenta īn sistem (volumul, masa, numarul de moli).

Starea de echilibru termodinamic - este caracterizata de urmatoarele proprietati:

- parametrii de stare sunt constanti īn timp;

- parametrii intensivi sunt constanti īn spatiu (omogenizare);

- dezordinea este maxima (entropia termodinamica este maxima);

- schimburile de energie si substanta, atāt īntre componentele sistemului, cāt si cu mediul īnconjurator īnceteaza;

- producerea de entropie īnceteaza.

Starea stationara se caracterizeaza prin:

- parametrii de stare sunt constanti īn timp;

- parametrii intensivi nu sunt constanti īn spatiu;

- schimburile de substanta si energie īntre componentele sistemului si cu mediul extern nu īnceteaza;

- producerea de entropie este  minima, fara a fi egala cu zero.

Procese termodinamice - treceri ale sistemului termodinamic de la o stare (stationara sau de echilibru termodinamic) la alta stare (stationara sau de echilibru termodinamic) prin modificarea īn timp a parametrilor termodinamici. Ele pot fi :

- reversibile - sunt procese cvasistatice; īn orice moment sistemul este īn echilibru termodinamic. Daca se schimba semnul parametrilor termodinamici, sistemul evolueaza de la starea finala spre starea initiala pe acelasi drum;

- ireversibile - sunt, īn general, procese necvasistatice. Revenirea la starea initiala (daca este posibila) se face pe alt drum si pe seama unei interventii active din exterior (nu poate decurge de la sine).

PRINCIPIUL I AL TERMODINAMICII

            Īn urma esecurilor de a construi o masina care, odata pornita, sa functioneze la nesfārsit fara a consuma energie (perpetuum mobile de speta I-a) s-a ajuns la concluzia ca nu se poate "crea" energie, ci pentru furnizarea unei energii este necesara consumarea alteia. Īn 1840, H. Hess a formulat regula dupa care caldura eliberata sau absorbita īntr-o reactie chimica nu depinde de etapele intermediare prin care poate decurge aceasta reactie ci numai de starea initiala si cea finala a reactantilor. Īntre 1842 si 1850 o serie de cercetatori (J.R. Mayer, J. Joule, H. Helmholtz) au descoperit echivalenta dintre lucru mecanic si energie si au determinat echivalentul mecanic al caloriei.

            Principiul I al termodinamicii sau principiul conservarii energiei, postuleaza existenta unui parametru caracteristic oricarui sistem, numit energie interna (U) a sistemului, parmetru care exprima capacitatea totala a sistemului de a efectua actiuni de orice tip si are o valoare bine determinata īn fiecare stare a sistemului. Conform unei alte  formulari a principiului I, variatia energiei interne a unui sistem la trecerea dintr-o stare īn alta (DU) este egala cu suma algebrica dintre cantitatea de caldura (Q) si toate formele de travaliu (mecanic, chimic, osmotic, electric etc) schimbate de acest sistem cu exteriorul.

DU = Q + S Li

sau conform conventiei de semn īn care se considera negativ lucrul mecanic primit si pozitiva caldura primita:

DU = Q - S Li

            O a treia formulare: īn orice proces care are loc īntr-un sistem izolat nu se pierde, nu se creeaza energie, ci aceasta trece dintr-o forma īn alta si de la o parte a sistemului la alta. Deci īn sistemul izolat  DU = 0

            Energia interna a unui sistem reprezinta suma energiilor cinetice si potentiale ale particulelor ce alcatuiesc sistemul (īn aceasta nu este inclusa energia cinetica si potentiala a sistemului, luat ca īntreg, īn raport cu exteriorul). Cantitatea de caldura Q reprezinta variatia energiei interne prin miscari dezordonate ale moleculelor (agitatie termica), iar lucrul mecanic L - variatia energiei interne prin miscari ordonate la scara macroscopica (variatii de volum contra unei presiuni exterioare, variatii de suprafata contra unei tensiuni superficiale, transport de sarcina electrica īntr-o diferenta de potential etc.)

            Īn cursul transformarilor chimice, variatia energiei interne poate fi masurata īn mod practic prin intermediul schimbului de caldura al sistemului considerat cu exteriorul, atunci cānd acesta nu efectueaza nici un lucru mecanic, volumul sau ramānānd constant (īntr-un proces izocor). Pentru procesele care au loc īn atmosfera libera, asa cum sunt sistemele biologice, presiunea este constanta (conditii izobare). Īn acest caz, īn locul energiei interne U se introduce marimea numita entalpie,  H:

            Daca scriem expresia principiului I:

DU = Q - L = Q - pDV

cantitatea de caldura Q va fi:

Q = DU + pDV = D(U + pV) = DH, deci:

DH = Qizobar (caldura schimbata de sistem izobar)

Marimea H = U + pV se numeste entalpia sistemului si este foarte utila īn studiul termodinamic al reactiilor chimice. Cānd DH > 0 sistemul primeste caldura (reactii endoterme) si cānd  DH< 0 sistemul cedeaza caldura (reactii exoterme).

APLICAŢII ALE PRINCIPIULUI  I  IN BIOLOGIE



            Sistemele biologice sunt sisteme termodinamice deschise, iar procesele biologice sunt procese termodinamice ireversibile. Organismele vii sunt sisteme a caror energie interna poate creste sau scadea  īn functie de diferite conditii (vārsta, starea fiziologica etc.). Pentru a aplica corect principiul I īn cazul organismelor, trebuie sa se tina seama de faptul fundamental ca ele sunt sisteme deschise care iau si degaja īn exterior energie, astfel īncāt problema conservarii energiei se pune numai pentru sistemul īnchis format din organismul respectiv īmpreuna cu mediul sau īnconjurator.

Circuitul energiei īn biosfera.

            Principala sursa de energie pentru lumea vie īn ansamblu este radiatia solara. Din fractiunea de energie solara care cade pe suprafata Pamāntului, un procent redus este captat de plantele fotosintetice si folosit pentru sintetizarea din CO2, H2O si saruri minerale a substantelor organice bogate īn energie. Cloroplastele, organite din celulele plantelor verzi, capteaza radiatii din spectrul vizibil, construiesc din H2O si CO2 molecule complexe - polizaharide (C6H12O6)n si degaja oxigen. Īn mitocondrii, alte organite din celulele organismelor heterotrofe (dintre care face parte si omul), produsii rezultati din fotosinteza sunt utilizati ca sursa de energie pentru sinteza ATP. La rāndul ei, molecula de ATP este scindata enzimatic, energia eliberata astfel fiind folosita pentru producerea de lucru mecanic, chimic, osmotic etc.

Bilantul energetic al organismului.

            Aplicānd principiul I īn cazul unui organism, se poate formula urmatorul bilant energetic:

energia preluata din mediu = travaliul mecanic efectuat + caldura degajata + energia depozitata īn rezevele organismului.

            Testul clinic al intensitatii metabolismului bazal, prin care se stabileste valoarea de referinta la care sa fie raportat efectul diferitilor factori care influenteaza metabolismul energetic, este un exemplu de asemenea bilant īn conditii simplificate. Subiectul este īn repaus (nu efectueaza lucru mecanic) si nu a māncat 12 ore (nu preia energie din mediu). Īn acest caz, bilantul energetic se poate scrie:

caldura degajata = - energia depozitata = energia utilizata

PRINCIPIUL  II AL TERMODINAMICII

            Principiul II al termodinamicii generalizeaza constatarea practica a imposibilitatii ca o masina termica sa transforme integral o cantitate de caldura īn lucru mecanic, randamentul de transformare fiind īntotdeauna subunitar.

            Exista mai multe formulari ale principiului II. Īn varianta care indica sensul spontan al desfasurarii proceselor termodinamice, principiul II se numeste principiul cresterii entropiei. Conform acestei variante, procesele ireversibile care se desfasoara spontan īn sistemele termodinamice izolate au acel sens care duce la cresterea entropiei.

            Entropia  este un parametru de stare care masoara gradul de dezordine a unui sistem termodinamic. Ea poate fi definita īn doua moduri, unul macroscopic (Clausius)(1) si unul microscopic (Boltzmann)(2).

            (1) Conform modului īn care a fost introdus initial acest concept, daca o cantitate de caldura DQ este absorbita reversibil de catre un sistem, la temperatura T (izoterm), se defineste o functie de stare S, care creste cu DS, īn modul urmator:

DS = DQ/T

(2) Boltzmann a aratat ca entropia exprima īn mod nemijlocit alcatuirea atomo-moleculara a sistemului si anume, gradul de ordonare a ansamblului de particule din care este alcatuit. Daca avem N particule identice (atomi, molecule) distribuite pe M nivele energetice distincte, cāte Ni pe fiecare nivel, entropia ansamblului va fi:

S = - k S( Ni/N) ln (Ni/N)

unde k = 1,38 × 10-23 J/K (constanta lui Boltzmann), iar Ni/N = pi - probabilitatea de ocupare a nivelului i, cu SNi = N. Īnlocuind īn functie de probabilitate, obtinem:

S = -kS pi ln (pi)

            Īntr-un sistem foarte ordonat sunt posibile foarte putine stari, doar cāteva probabilitati sunt diferite de zero si S va avea o valoare foarte mica. Īntr-un sistem dezordonat exista o distributie haotica a particulelor, numarul de stari posibile este foarte mare si S va avea o valoare maxima. Pentru un sistem total dezordonat N1 = N2 = ... = Ni = 1, si īn acest caz:

S = k ln N

N - probabilitatea termodinamica a starii - numarul de aranjamente ale particulelor care dau aceeasi stare.

            Īn cazul unui sistem perfect ordonat (cristal perfect) :

S = - k ln N/N = 0

           

APLICAŢIILE PRINCIPIULUI  II  ĪN BIOLOGIE

            Termodinamica clasica se ocupa cu relatiile existente īntre parametrii unui sistem atunci cānd acesta se gaseste īn stare de echilibru termodinamic, deci cānd nu se desfasoara nici un fel de proces, sau atunci cānd sistemul trece printr-o succesiune continua de stari de echilibru, suferind o transformare reversibila. Dar procesele reversibile reprezinta doar o notiune ideala, o abstractizare, ce nu īsi poate gasi decāt corespondente aproximative īn natura. Īn particular, toate sistemele biologice sunt "deschise", avānd loc permanent schimburi de substante si energie cu exteriorul, iar aceste schimburi reprezinta īn mod esential procese ireversibile.  Datorita acestui fapt, aplicarea efectiva a termodinamicii īn biologie a fost posibila numai dupa aparitia īn ultimele decenii a termodinamicii proceselor ireversibile. Se impune, deci, trecerea īn revista a unor notiuni  legate de aceasta parte a termodinamicii.

Procese reversibile si ireversibile.

            Pentru sistemele īn care au loc procese reversibile, variatia entropiei este determinata numai de schimbul de caldura cu exteriorul. Īn cazul unui astfel de proces:

dS = (dQ/T)rev

            Pentru un sistem izolat dS = 0

            Daca ne referim la procesele ireversibile (reale) variatia entropiei sistemului este īntotdeauna mai mare decāt cea produsa de schimbul de caldura:

dS > (dQ/T)irev

            Se poate defini astfel o cantitate de caldura  d[j1] Q (caldura necompensata) care a rezultat īn sistem prin degradarea energiei libere (datorita faptului ca au loc procese ireversibile), care este īntotdeauna pozitiva, si care se adauga la caldura schimbata cu exteriorul:

dS = (dQ/T)irev + dQ/T,      cu dQ > 0

            Variatia entropiei unui sistem īn care au loc procese ireversibile consta, deci, din schimbul de entropie cu exteriorul deS, datorita schimburilor de caldura (dQ)irev si din producerea de entropie īn sistem diS datorita ireversibilitatii proceselor care au loc īn el (dQ).

dS = deS + diS          cu conditia ca diS > 0

            Pentru un sistem izolat deS = 0, dar dS = diS > 0. Deci, entropia unui sistem izolat nu se modifica īntr-un proces reversibil si creste īntr-un proces ireversibil. Īntr-un sistem izolat entropia creste īn timp, evolutia sistemului fiind catre starea de entropie maxima, īn care toata energia interna a sistemului a fost degradata la caldura, fara a mai putea fi convertita īntr-o forma de travaliu util.

            Deci, din energia interna U a unui sistem, numai o parte poate fi convertita īn travaliu:

DF = DU - TDS

TDS ³ 0 se degradeaza īn mod ireversibil īn caldura. Daca scriem:




DF = D(U - ST)

se defineste ca energie libera marimea:

F = U- ST

Aceasta marime exprima capacitatea efectiva a sistemului de a efectua diferite actiuni.

            Īn sistemele izolate, īn care U = ct., DU = 0 si :

            DF = - TDS < 0  deoarece DS > 0.

            Deci, o formulare mai completa a principiului II ar fi:

            Toate procesele care au loc īn sisteme izolate decurg īn sensul cresterii entropiei si al scaderii energiei libere (al scaderii capacitatii de a efectua lucru mecanic).

Capacitatea unui sistem de a efectua lucru mecanic īn conditii izobare este numita entalpie libera (Gibbs) G:

G = H - ST

            Daca vom considera energia libera F a unui sistem izolat:

F = U - ST

si calculam izoterm variatia ei īn timp:

dF/dt = dU/dt - TdiS/dt = - TdiS/dt         

deoarece  dU/dt = 0

Expresia :    

F = T diS/dt

se numeste functia de disipare a lui Rayleigh, īn care marimea :

s = di   S/dt

se numeste sursa de entropie.

            Deci, intensitatea producerii de entropie īn unitatea de timp exprima viteza de scadere a energiei libere a sistemului īn urma degradarii ei de catre procesele ireversibile.

Fluxuri termodinamice si forte termodinamice

            Īn sistemele fizice, orice proces consta din trecerea fie a unei cantitati de substanta, fie de caldura, fie de electricitate, de la o regiune la alta a unui sistem. Pentru a exprima cantitativ aceste deplasari se introduce notiunea de flux termodinamic. Fluxul termodinamic reprezinta variatia īn unitatea de timp a cantitatilor de substanta, caldura, electricitate etc., care traverseaza unitatea de arie. Fluxul de substanta se noteaza cu Js si are ca unitate Kg/m2s sau Kmol/m2s, fluxul de electricitate Je(unitate C/m2s), fluxul de caldura Jq (J/m2s) etc., īn general Ji. Fluxurile se numesc influxuri, daca deplasarea se face spre interiorul sistemului si efluxuri, daca se face spre exterior. Fluxurile sunt determinate de existenta unor gradienti (diferente ale unor parametri intensivi de stare) de concentratie, temperatura, potential electric etc., īntre diferitele regiuni ale sistemului. Acesti gradienti sunt desemnati drept "forte termodinamice" si se noteaza cu Xi (Xc, XT, XV). De exemplu:

Xc = Dc/Dx   (gradient de concentratie)       XV = DV/Dx (gradient de potential)

            Ei joaca acelasi rol īn termodinamica ca si forta īn mecanica. Din diferitele ecuatii care descriu procese de transport (legea lui Ohm, legea Poiseuille etc.) se constata ca fluxul este proportional cu forta termodinamica:

J ~ X    sau    J = LX

L se numeste coeficient fenomenologic.

            Īntr-un sistem pot exista simultan mai multe tipuri de procese si acestea nu sunt independente. Uneori, un proces atrage dupa sine alt proces, deci apare o cuplare a proceselor. De exemplu, daca īntr-o solutie exista un gradient de temperatura, forta termica XT determina fluxul de caldura Jq. Dar acesta duce la un transport al moleculelor īnsesi ca purtatori ai acestei energii. Deci forta XT a antrenat si un flux de substanta Js (de difuzie). Jq tinde sa egaleze temperaturile dar Js determina aparitia unui gradient de concentratie Xc. Acesta, la rāndul sau, determina aparitia unui flux conjugat Js care sa egaleze concentratia s.a.m.d. Deci, īntr-un sistem pot exista mai multe forte Xi care determina fluxurile respective Ji. Ji depind de toate fortele termodinamice din sistem :

Ji = f(Xi)

astfel īncāt relatia de proportionalitate J = LX devine īn cazul general:

J1 = L11X1 + L12X2 +...

J2 = L21X1 + L22X2 +...

...............................

Ji = S LijXj

Lij sunt coeficientii fenomenologici, iar ecuatiile se numesc ecuatiile fenomenologice lineare.

            Pe baza unor constatari experimentale si a unor consideratii statistice, Onsager a gasit o relatie de simetrie īntre coeficientii fenomenologici:

Lij = Lji      (de exemplu L12 = L21 etc.).

            Fluxurile termodinamice sunt asociate cu procese termodinamice ireversibile, generatoare de entropie. Se demonstreaza ca intensitatea producerii de entropie, numita sursa de entropie s = dS/dt, poate fi reprezentata printr-o suma de produse ale fluxurilor si fortelor conjugate.

s = (1/T)S JiXi

f = S JiXi

Observatie. La aplicarea ecuatiilor de mai sus, trebuie sa se tina seama de exprimarea corecta a expresiilor fluxurilor si fortelor termodinamice, prin introducerea unui coeficient adecvat care sa asigure coerenta relatiilor (corectitudinea dimensionala).

Ecuatiile fenomenologice permit verificari ale corectitudinii masurarii fluxurilor si fortelor termodinamice ce actioneaza īntr-un sistem si estimarea sensului de evolutie a sistemului la un moment dat.

Stari stationare si procese cuplate īn sistemele biologice.

            Īntotdeauna, existenta unei forte determina aparitia unui flux care tinde sa o anuleze. Astfel, un gradient de temperatura  determina un flux de caldura de la temperatura superioara la cea inferioara pāna cānd acestea se egaleaza si gradientul dispare. Cānd īntr-un sistem care evolueaza spontan (fara interventii din exterior), adica īntr-un sistem izolat, exista la un moment dat mai multe forte, īn el se vor produce fluxurile corespunzatoare pāna cānd toate fortele devin nule. Aceasta este starea de echilibru termodinamic īn care, īncetānd toate procesele din sistem (J1 = J2 = ...= 0), īnceteaza si producerea de entropie Fechilibru = 0, iar valoarea entropiei devine si se mentine maxima. De exemplu, daca īntre doua compartimente separate de o membrana permeabila se creeaza un gradient de concentratie al unei substante (Xc - forta termodinamica) va aparea un flux Jc de particule (difuzie) care tinde sa egalizeze concentratiile. Se ajunge la un echilibru termodinamic:



Xc = dc/dx        Jc = dn/dt     ®    s ~ XcJc > 0

La echilibru  Xc = 0     Jc = 0    s = 0     S = maxima.

            Cānd, īnsa, un sistem deschis nu este lasat sa evolueze spontan, ci prin interventia unor cauze externe, anumite forte din sistem sunt mentinute la valori constante, sistemul nu  va putea ajunge īn starea de echilibru, deci disiparea de energie si producerea de entropie nu sunt zero, dar au valoarea minima posibila īn conditiile date. Aceasta este starea stationara, numita uneori si starea de echilibru dinamic, īn care toate caracteristicile sistemului, deci si entropia, sunt constante īn timp.

S stationar = ct.      dSstationar/dt = 0

Cum īnsa   dS/dt = deS/dt + diS/dt

rezulta:      deSstationar/dt = - diSstationar/dt

            Deci, un sistem aflat īn stare stationara elimina īn exterior toata entropia ce se produce prin procesele ireversibile care au loc īn el, entropia sa ramānānd astfel constanta. Principiul lui Le Chatelier arata ca starile de echilibru sunt stabile fata de perturbatiile mici. I. Prigogine a demonstrat ca si starile stationare au aceasta proprietate: atunci  cānd apare o perturbatie (fortele trebuie īnsa mentinute constante), īn sistem ia nastere un flux care tinde sa anuleze perturbatia si sa-l readuca īn starea stationara anterioara. Īn stari "aproape de echilibrul termodinamic" īn care sunt valabile relatiile lui Onsager, producerea de entropie are o valoare minima īn situatia impusa de conditiile la limita (Prigogine)

            Starea stationara, de mare stabilitate, se realizeaza īn organism prin mecanisme homeostatice. Prin aceste mecanisme, organismul īsi mentine constanti, cu consum de energie metabolica, parametrii mediului sau interior .

            Conform principiului II al termodinamicii, prin procesele care au loc īntr-un sistem diS > 0.  Este īnsa posibil ca īn acelasi sistem sa se desfasoare simultan mai multe procese, dintre care unele pot determina scaderea entropiei  diS(1) < 0, dar cu conditia ca altele sa creasca entropia diS(2) > 0, astfel īncāt, īn ansamblu, sa fie o producere, nu un consum de entropie. Procesele prin care entropia creste, se numesc procese cuplante, iar cele prin care entropia scade sunt procese cuplate.

            Acest mecanism explica aparenta functionare antientropica a organismelor vii, cel putin īn prima parte a vietii lor. Astfel, acestea se organizeaza, marindu-si gradul de ordine, iar entropia lor īn loc sa creasca, scade. Dar organismul viu nu este un sistem izolat. Daca vom lua īn considerare sistemul alcatuit din organismul viu īmpreuna cu mediul sau īnconjurator, vom observa ca entropia lui scade pe seama cresterii entropiei mediului. Organismele vii preiau din mediu (sub forma de hrana) molecule complexe cu entropie scazuta si elimina īn exterior moleculele simple ce rezulta din arderea acestora. Se spune ca organismul preia din mediu entropie negativa (numita si neg-entropie) si elimina īn mediu entropie pozitiva.

            O formulare locala a principiului II spune ca desfasurarea unui proces ireversibil īntr-un domeniu cāt de mic al unui sistem termodinamic este īnsotita īntotdeauna de producere de entropie chiar īn acel loc. Īn organismul viu, procesele anabolice, cu biosinteza de produsi complecsi, macromolecule si structuri biologice complexe, sunt procese cuplate consumatoare de entropie, pe cānd cele catabolice, de degradare a substantelor organice prin ardere, sunt procese cuplante, generatoare de entropie. Produsii de ardere sunt eliminati prin respiratie, excretie etc., crescānd entropia mediului. Īn ansamblu, deci, sistemul organism - mediu nu īncalca principiul II al termodinamicii.

Pe baza acestor considerente, se poate spune ca procesul de īmbatrānire a organismului se datoreaza unei evolutii īnspre cresterea entropiei acestuia.

                       

Starea departe de echilibru.

            Pe masura scaderii entropiei unui sistem se produce o structurare din ce īn ce mai avansata a acestuia. Se pot produce doua tipuri de structuri: structuri de echilibru, care odata aparute se mentin indefinit fara schimb de substanta sau energie cu exteriorul (de exemplu cristalele), si structuri disipative, care apar si se mentin numai īn conditiile unui schimb continuu de energie (si uneori de substanta) cu exteriorul (ele pot exista numai pe seama unei permanente disipari de energie).

Daca  īntr-o stare stationara apar fluctuatii mari ale fortelor termodinamice, depasind o anumita valoare critica, acestea nu mai pot fi compensate si sistemul evolueaza catre un nou regim, calitativ diferit de starea stationara, corespunzator producerii minime de entropie. Se spune ca apare un regim "departe de echilibru". Īntr-un asemenea regim, apare īn mod spontan un proces de autoorganizare, ducānd la formarea unor structuri disipative. Acest concept a fost introdus de I. Prigogine. Ecuatiile fenomenologice lineare nu mai sunt valabile ca īn cazul structurilor de echilibru. Īn organismele vii, prin aceste mecanisme se asigura reglarea functiilor metabolice (bucle autocatalitice - produsii de reactie catalizeaza sau inhiba propria sinteza - si cataliza īncrucisata - doua lanturi de reactie īsi activeaza reciproc sinteza).

Īn concluzie, se poate afirma ca din punct de vedere termodinamic biosistemele care sunt sisteme deschise,  traversate īn permanenta de fluxuri de materie si īn care au loc procese ireversibile disipative de energie, constituie structuri disipative, cu un īnalt grad de ordonare spatiala si cu o dinamica temporara specifica a proceselor care se desfasoara īn interiorul lor. Asemenea structuri apar si se mentin numai īn conditii departe de echilibru, pe seama disiparii de energie, provenita din exterior. Īn organismele vii se pot īntālni atāt stari stationare aproape de echilibru, cāt si regimuri departe de echilibru.

The entropy of a system approaches a constant value as the temperature ap_

proaches absolute zero_

The third law is relatively easy to understand from a statistical point of view

in which entropy is associated with disorder_ As absolute zero is approached_

all thermal motions cease_ and any system must approach an ordered state in

which the particles do not move_ Hence_ the entropy of a system is de_ned

only to within an arbitrary constant_ and only changes in entropy have physical

signi_cance_ The changes in entropy become negligibly small as absolute zero

is approached_

The entropy of a system approaches a constant value as the temperature ap_

proaches absolute zero_

The third law is relatively easy to understand from a statistical point of view

in which entropy is associated with disorder_ As absolute zero is approached_

all thermal motions cease_ and any system must approach an ordered state in

which the particles do not move_ Hence_ the entropy of a system is de_ned

only to within an arbitrary constant_ and only changes in entropy have physical

signi_cance_ The changes in entropy become negligibly small as absolute zero

is approached_

The entropy of a system approaches a constant value as the temperature ap_

proaches absolute zero_

The third law is relatively easy to understand from a statistical point of view

in which entropy is associated with disorder_ As absolute zero is approached_

all thermal motions cease_ and any system must approach an ordered state in

which the particles do not move_ Hence_ the entropy of a system is de_ned

only to within an arbitrary constant_ and only changes in entropy have physical

signi_cance_ The changes in entropy become negligibly small as absolute zero

is approached_

The entropy of a system approaches a constant value as the temperature ap_

proaches absolute zero_

The third law is relatively easy to understand from a statistical point of view

in which entropy is associated with disorder_ As absolute zero is approached_

all thermal motions cease_ and any system must approach an ordered state in

Principiul III al termodinamicii

Entropia unui sistem tinde spre o valoare constanta atunci cānd temperatura se apropie de zero absolut.

Pe masura ce sistemul se apropie de zero absolut , agitatia termica se reduce si sistemul tinde sa devina ordonat. Odata cu aceasta fluctuatiile de entropie se reduc si ele.


 [j1]













Document Info


Accesari: 18975
Apreciat:

Comenteaza documentul:

Nu esti inregistrat
Trebuie sa fii utilizator inregistrat pentru a putea comenta


Creaza cont nou

A fost util?

Daca documentul a fost util si crezi ca merita
sa adaugi un link catre el la tine in site

Copiaza codul
in pagina web a site-ului tau.




Coduri - Postale, caen, cor

Politica de confidentialitate

Copyright © Contact (SCRIGROUP Int. 2019 )