Вопрос 17

Второе начало термодинамики. Энтропия. Энергия Гиббса как критерий самопроизвольности процессов

Второй закон термодинамики сформулирован на основании обобщения опытных данных и определяет направление протекания процесса: теплота не может самопроизвольно переходить от тела с меньшей температурой к телу с большей температурой (формулировка Клаузиуса) или невозможен вечный двигатель второго рода – такой периодический процесс, единственным результатом которого было бы превращение теплоты в работу вследствие охлаждения тела (формулировка Томсона).

Энтропия(S) – термодинамическая функция состояния , которая служит мерой неупорядоченности расположения частиц системы. Любой самопроизвольный процесс в изолированной системе может протекать лишь в том случае, когда он характеризуется увеличением энтропии. ( в равновесии энтропия постоянна). S 0 C учетом понятия энтропии 2-е начало термодинамики можно сформулировать так: энтропия изолированной системы возрастает в необратимых реакциях и остается неизменной в обратимых термодинамических процессах: S Это означает , что при необратимых процессах часть внутренней энергии системы рассеивается в виде тепла и не может быть использована на совершение работы. Энтропия служит своеобразной мерой «качества энергии»: чем больше изменение энтропии в процессе преобразования данной энергии в работу, тем ниже КПД .Для оценки возможности самопроизвольного протекания той или иной химической реакции необходимо учитывать два фактора: энтальпийный, связанный с уменьшением энтальпии системы, и энтропийный ,обусловленный увеличением беспорядка в системе вследствие роста ее энтропии. Разность этих термодинамических факторов является функцией состояния системы, называемой свободной энергией Гиббса(G,Дж): G= H-T S

Вопрос 18

Организм как открытая термодинамическая система. Поддержание стационарного состояния системы за счет обмена энтропии с внешней средой. Уравнение Пригожина.

Для биологии и медицины особый интерес представляют открытые неравновесные системы ,находящиеся в стационарном состоянии( взрослый организм). Для таких систем характерно постоянство энтропии S=0,хотя в системе протекают необратимые процессы( теплоотдача), которые сопровождаются увеличением энтропии. Баланс энтропии живой системы необходимо рассматривать в виде:

S= S_i + S_e.

В организме постоянно разрушаются сложные молекулы , что должно приводить к уменьшению его упорядоченности , однако благодаря поступлению свободной энергии извне организм непрерывно восстанавливает нарушаемый порядок. Восстанавливаются не те же молекулы биополимеров ,а создаются новые, идентичные разрушенным. Характерный для жизни порядок может поддерживаться только за счет непрерывной компенсации внутренней продукции энтропии внешним потоком отрицательной энтропии. Используя его биологическая система способна обновляться и этим тормозить переход в состояние термодинамического равновесия. Для Стационарных состояний сформулирован принцип минимума производства энтропии(И.Пригожин): в стационарном состоянии системы скорость энтропии вследствие необратимых процессов имеет минимальное значение при данных внешних условиях min Таким образом , поддержание гомеостаза требует от живых организмов минимального потребления энергии.