12.Термодинамика көзқарасымен түсіндіріп беріңіз, неге ұсақ сүтқоректілер тұрақты азықтануға мәжбүр болады және мұны қандай физикалық факторлар анықтайды?

Термодинамика Жылу құбылысы мен оның түрленуін зерттейтін ілімді термодинамика деп атайды. Бұл ілім – жалпы, техникалық және химиялық термодинамика салаларына бөлінеді. Жалпы термодинамика – термодинамика тәсілдерін тұжырымдап, оны фазалық күй өзгерісіне, термоэлектр және магниттік құбылыстарға, сәуле шығару мен дене бетінде орын алатын өзгерістерді зерттеуге арналады. Техникалық термодинамика – жылу мен жұмыстың түрленуін, жылу двигательдері, тоңазытқыш қондырғыларында орын алатын жылу, механикалық және химиялық құбылыстардың өзара байланыс заңдылықтарымен айналысады. Химиялық термодинамика құбылыстардың өту механизмі туралы және заттардың ішкі құрылысы туралы қорытындылар жассамайды. Химиялық термодинамика жүйенің басталуы мен соңғы күйлерінің жағдайын және сыртқы күш әсерлерін білу (температура, қысым т.б.) өте маңызды. Жалпы термодинамика заңдарын химиялық реакция, физика-химиялық құбылыстарға қолдануын қарастырады және химиялық құбылыстарды зерттеуде жалпы термодинамиканың қағидалары мен заңдарын қолданады. Жүйе /система/ - қоршаған ортадан шартты түрде бөлінген жеке денені немесе өзара әрекеттесетін денелер жиыны, яғни зерттеуге тиісті қоршаған ортаның кеңістіктегі бөлігі. Термодинамикалық жүйе – сыртқы қоршаған ортадан ойша бөлініп қарастырылатын, өзара жылу және механикалық әсерлесуде болатын дене не заттар жиыны. Ол жабық, ашық, оқшауланған деп үшке бөлінеді. Жабық жүйе - өзін қоршааған ортамен зат алмаспай тек энергиясымен ғана алмасады. Ашық жүйе - өзін қоршаған ортамен зат алмасуы да энергия алмасуы да орын алатын жүйелер. Оқшауланған жүйе – қоршаған ортамен зат және энергия алмаспайтын және сыртқы ортаға қарсы жұмыс істемейтін жүйе. Термодинамикалық жүйенің күйі термодинамикалық параметрлерімен сипатталады. (температура, қысым, көлем, концентрация т.б.). Термодинамикалық құбылыс – термодинамикалық параметрлердің ең болмағанда біреуінің өзгеруімен жүретін өзгерістер. Егер параметрдің өзгерісі құбылыстың басталуы мен соңғы күйлеріне байланысты болып және құбылыстың жүру жолына байланыссыз болса, ондай параметрді күй функциясы деп атайды. Күй параметрлері – экстенсивті, интенсивті болып екіге бөлінеді: Экстенсивті параметрлер /шамалар/ - зат мөлшеріне қарайлас /пропорционал/ (көлем, масса, салмақ, т.б.) Интенсивті параметрлер /шамалар/ - зат мөлшеріне тәуелсіз (температура, қысым, тұтқырлық, т.б.)а Ағза ішкі ортаның тұрақтылығын ғана емес, температурасын (жылуын) да сақтайды. Бұл ферменттердің көпшілігі тек оңтайлы жылуда ғана тиімді жұмыс істейтіндіктен, биосинтез және ыдыраудың, яғни метаболизмнің (зат алмасудың) қалыпты өтуі үшін қажет. Сондықтан ағзалардың әрқайсысы эволюция барысында өз денесінің температурасын реттеуге бейімделді.

Первый закон термодинамики устанавливает, что общая сумма энергии материальной системы остается постоянной величиной независимо от изменений, происходящих в самой системе; изменение энергии системы возможно только в результате обмена энергией с окружающей средой. Таким образом, первый закон термодинамики является количественным выражением закона сохранения энергии, который гласит, что энергия не исчезает и не возникает, а только переходит из одной формы в другую в эквивалентных количествах. В живых организмах совершаются различные виды работы. Основными видами работ в организме являются химическая, механическая, осмотическая и электрическая. Химическая работа — работа, совершаемая при синтезе различных высокомолекулярных соединений (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов) из низкомолекулярных и при осуществлении определенных химических реакций. Синтез высокомолекулярных соединений обычно требует затраты энергии, поэтому данный процесс можно считать выполнением работы. Механическая работа — работа по перемещению частей и органов тела против механических сил. Механическая работа выполняется мышцами при их сокращении. Осмотическая работа—работа по переносу различных веществ через мембраны или много мембранные образования из области более низкой концентрации этих веществ в область более высокой концентрации. Перенос осуществляется специальными механизмами активного транспорта против сил диффузии и требует затраты энергии клеток . Электрическая работа—работа по переносу заряженных частиц (ионов) в электрическом поле, создание разности электрических потенциалов и электрического тока. В организме электрическая работа совершается при генерировании клетками биопотенциалов и проведении возбуждения по клеткам. Первичным источником энергии в организме для производства всех видов работ является химическая энергия пищевых веществ (белков, жиров, углеводов), выделяющаяся при их окислении. В теле животного при окислении пищевых продуктов высвобождается то же количество энергии, как и просто при сжигании такого же количества вне организма. Но, только около трети этой энергии идет на мышечную энергию, большая часть затрачивается на поддержание постоянной температуры тела, обновление тканей, питание и отложение жировых запасов. Любое превращение энергии в организме в конечном итоге ведет к выделению тепла, таким образом, устанавливается тепловой баланс между организмом и окружающей средой. Образование тепла более или менее равномерно распределяется в зависимости от площади тела. Т. е. с уменьшением размеров животного интенсивность образования тепла и интенсивность его потери возрастают. Т. к. потерянное тепло восстанавливается с помощью окисления поступающих в организм пищевых продуктов, следовательно, мелкие животные должны много есть.

13.Физикалық еңбектенетін жұмысшы күнделікті қоректенетін тағамымен 17 МДж жуық энергия қабылдайды. Күні бойы ол 10 МДж жұмысты атқарады. Тамақпен қабылданатын энергияның қандай үлесі пайдалы жұмысқа түрленеді?

Коэффициент полезного действия (КПД) — это отношение количества полезной энергии, полученной от какого-либо ее преобразователя, к количеству подводимой к нему энергии. В процессе жизнедеятельности живые организмы постепенно окисляют некоторые органические вещества, черпая из этого энергию, необходимую для осуществления обмена веществ, роста, движений, для работы. Эффективность этих процессов также может быть охарактеризована в показателях КПД, то есть отношением энергии, затрачиваемой на ту или иную полезную работу, к количеству энергии, освобождаемой в результате биологических реакций окисления органических веществ. КПД биологических реакций обычно очень высоки, например, у активных и энергично растущих организмов они могут достигать 60—70% и более. В этом отношении механизмы биологического энергоэбмена служат примером, который исследователи усиленно стремятся изучить и понять во всех деталях, чтобы использовать его принципы в искусственных технических процессах и системах.

Дано: А1=17МДж

А2=10МДж

Найти: долю получаемой с пищей энергией превращающуюся в полезную работу.

Решение: Отношение произведенной работы к изменению свободной энергии, израсходованной на эту работу, называется КПД. КПД= 10МДж/17МДж*100%=0,58*100% = 58%